Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка эколого-геохимического состояния территории города Кызыла

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оценка эколого-геохимического состояния территории города Кызыла"

На правах рукописи

КАРА-САЛ Ирина Дарымаевна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГО - ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА КЫЗЫЛА (РЕСПУБЛИКА ТЫВА)

Специальность 25.00.36 — Геоэкология (науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 О

Томск-2012

005017232

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тувинский государственный университет», на кафедре общеинженерных дисциплин

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Мананков Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты:

Адам Александр Мартынович, доктор технических наук, профессор, Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, начальник

Евсеева Нина Степановна, доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», зав. кафедрой географии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный

исследовательский Томский политехнический университет»

Защита состоится « 23 » мая 2012 г. в 17.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.267.19 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 гл. корпус ТГУ, ауд. 119

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан « 20 » апреля 2012 г. Ученый секретарь

диссертационного совете

Савина Наталья Ивановна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Оценка эколого-геохимического состояния любой территории необходима для развития, рационального размещения производительных сил и создания наиболее благоприятных условий для проживания населения, а также сохранения компонентов экосистем. Загрязнение окружающей среды является одной из наиболее важных проблем человечества на современном этапе развития. Поэтому объективно оценить степень экологического благополучия территории можно на основании результатов анализа проб компонентов окружающей среды: воздуха, снежного покрова и почвы.

Высокая концентрация промышленных предприятий и автотранспорта в больших и малых городах создает все более напряженную экологическую ситуацию в селитебных районах, основной вклад в загрязнение вносят выбросы предприятий энергетического комплекса и автотранспорта. Для урбанизированных территорий, находящихся под влиянием выбросов, содержащих продукты сгорания углеводородного топлива, индикаторами уровня техногенной нагрузки служат тяжелые металлы, мышьяк и бенз(а)пирен и др.

В настоящее время для территории г. Кызыла, расположенного в межгорной котловине со специфическими климатическими условиями, стоит проблема как оценки, так и прогноза загрязнения окружающей среды и, в первую очередь, тяжелыми металлами различных классов токсичности, мышьяком и бенз(а)пиреном. Систематически наблюдения проводятся только за основными примесями: пылью, сажей, оксидами азота, серы, окисью углерода и т.д. Поэтому весьма актуальным является исследование степени за1рязненности снежного покрова, почвы и атмосферного воздуха столицы Республики Тыва токсическими металлами, мышьяком и такими наименее изученными и наиболее опасными загрязнителями, как полициклические ароматические углеводороды в лице типичного представителя - бенз(а)пирен&

Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования выбраны основные депонирующие среды территории г. Кызыла, т.е. участки, непосредственно прилегающие к Кызылской ТЭЦ, промышленной зоне и частным секторам, где основным топливом является уголь -ставший источником пыли и сажи, а также к автомагистралям с интенсивным движением автотранспорта.

Предметом исследования являются токсические и канцерогенные полю-танты характерные для территории города.

Целью данной работы является оценка эколого-геохимического состояния и динамики притока токсикантов на подстилающую поверхность территории г. Кызыла по результатам наземного мониторинга основных депонирующих сред.

Задачи, поставленные для достижения цели:

• оценить массы поступления снега и содержащихся в снеге пыли, тяжелых металлов и мышьяка на м2 и км2за период 2008-2010 годов;

• изучить содержание тяжелых металлов, мышьяка и бенз(а)пирена в снежном и почвенном покровах г. Кызыла;

• выполнить пространственно-временную оценку уровня загрязнения различных сред тяжелыми металлами разных форм и составить карты-схемы по уровню загрязнения снежного и почвенного покровов и схему функционального зонирования территории города;

• дать расчетную оценку загрязнения бенз(а)пиреном воздушной среды автомобильным транспортом и другими источниками загрязнения;

• по результатам анализа собственных и опубликованных данных изучить уровни накопления полютантов на фоне катастрофических природных процессов.

Научная новизна. В результате проведенных работ и на основе обобщения опубликованных и авторских материалов впервые:

• проведен комплексный анализ снежного и почвенного покровов по загрязнению бенз(а)пиреном, мышьяком и тяжелыми металлами;

• выявлены приоритетные загрязнители снежного и почвенного покровов г. Кызыла;

• проанализирован вклад различных источников загрязнения в общее экологическое состояние по загрязнению тяжелыми металлами, мышьяком и бенз(а)пиреном;

• дана расчетная оценка загрязнения бенз(а)пиреном воздушной среды автомобильным транспортом и другими источниками загрязнения;

• предложен способ прогнозирования и регистрации землетрясений в пределах горных коллизионных зон континентов.

Теоретической и методологической основой исследований послужили результаты работы отечественных и зарубежных ученых, заложивших основы развития учения о ноосфере (акад. В.И. Вернадского и др.) и концепции устойчивого развития (Э.В. Гирусова, Г.Н. Голубева, В.И. Данилова-Данильяна, Ю.А. Израэля, Н.С. Касимова, H.H. Лукъян-чикова, Д.С. Львова, A.B. Мананкова, Д.Х. Медоуза, H.H. Моисеева, В.И. Осипова, A.B. Позднякова, Н.Ф. Реймерса, С.Л. Шварцева, A.B. Яб-локова и др.).

В развитие теоретической геоэкологии и экологической безопасности большой вклад внесли многие ученые разных школ (A.M. Адам, Ю.А.Афанасьев, В.Г. Горшков, В.В. Коваленко, В.А. Королев, И.И. Ма-

зур, Г.Г.Мирзаев, П.А. Окишев В.К. Попов, JI.JI. Прозоров, Л.П. Рихва-нов, Ю.Е. Сает, A.JI. Яншин и др.).

В области экологической геохимии и геоэкологии урбанизированных территорий с использованием методов загрязнения депонирующих сред и снежных покровов, кроме нормативных документов, методических рекомендаций, использованы результаты работ А.И. Летувнинкаса, Е.Г. Язвикова, И.М. Назарова, О.С. Ренне, B.C. Савенко, Ш.Д. Фридмана и др..

Личный вклад автора: постановка цели, задач исследования; участие в ежесезонных выездах в период с 2007 по 2010 гг. в отборе 95 проб снега, почвы и пробоподготовке; статистическая обработка полученных результатов и их обобщение; анализ вклада различных источников загрязнения в общее экологическое состояние г. Кызыла; создание карт-схем по уровню загрязнения снега и почвы и схемы функционального зонирования территории города; разработка рекомендаций по улучшению экологической обстановки города; написание статей; формулирование выводов.

Практическая значимость работы. Результаты работы использованы при разработке республиканской целевой программы «Государственная экологическая экспертиза в отношении объектов регионального назначения», экологического мониторинга и решения проблем регулирования экологической обстановки на территории города Кызыла (акт № 210/4 «от 26. 03. 2012 г.» Министерства природных ресурсов и экологии Республики Тыва. Об использовании результатов диссертационной работы). Составленные карты-схемы по уровню загрязнения снежного и почвенного покровов города могут быть стартовыми для дальнейшего мониторинга содержания элементов в компонентах природной среды столицы Республики Тыва.

Материалы диссертации используются в учебном процессе Тувинского государственного университета при преподавании дисциплин: «Экология городской среды», «Промышленная экология» «Безопасность жизнедеятельности» и «Строительная экология».

Разработан способ прогнозирования и регистрации землетрясений (заявка на патент №20120106798 (010306), приоритет от 24.02. 2012 г.).

Защищаемые положения:

1. Объективная оценка эколого-геохимических условий возможна при использовании методов комплексного анализа состояния снегового и почвенного покровов, отражающего специфику природных (геоморфологических, климатических, метеорологических и др.) и техногенных факторов региона.

2. Полученные эколого-геохимические показатели позволили выявить пространственные и временные закономерности поступления по-лютантов в компоненты экосистем из природных и техногенных источников.

3. Составленные карты-схемы по уровню загрязнения снегового и почвенного покровов и схема функционального зонирования территории позволили выявить зоны с различной техногенной нагрузкой на исследуемой территории.

Достоверность результатов исследований обеспечена статистически значимым количеством проб, проанализированных современными аналитическими и статистическими методами, а также глубиной проработки материала.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались на ежегодных научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и сотрудников Тувинского государственного университета (г. Кызыл, 2007, 2008, 2009, 2010); XII Международной научно-практической конференции «ГОРОДА РОССИИ: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (г. Пенза, 2011г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, из них 3 - в журналах из списка ВАК (2009, 2009, 2010), 1 - в журнале «Естественные и технические науки» (2007 г.); 1 — в журнале Вестник ТувГУ «Технические и физико-математические науки» (г. Кызыл, 2009 г.); 4 — в научных трудах Тувинского государственного университета, 1 - в сборнике статей XIII Международной научно-практической конференции (г. Пенза).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 156 страницах, содержит 56 таблиц, 27 рисунков, библиографию из 160 наименований, приложения - 4 на 19 страницах.

Благодарности. Автор выражает благодарность профессору, доктору геолого-минералогических наук A.B. Мананкову за научное руководство данной работы на разных этапах ее подготовки, а также зам. начальника АИЛ ФГУ ГСАС «Тувинская» Е.Д. Аюшиновой, зам. директора ЦЛАТИ по Красноярскому краю Т.А. Литвиненко и главному химику - Н.В. Тяжельниковой за помощь в проведении анализов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1 КРАТКАЯ ФИЗИКО - ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГО - ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Г. КЫЗЫЛА РЕСПУБЛИКИ ТЫВА 1.1 Природные условия города Кызыла

Город Кызыл расположен в Тувинской котловине в районе слияния рек Бий-Хем и Каа-Хем, образующих Улуг-Хем. Тувинская котловина и

6

Тувинское нагорье расположены в центре Азии и характеризуются исключительной изоляцией. В пределах котловины отчетливо выражены черты монгольской природы - засушливый резко континентальный климат и степные ландшафты межгорных котловин.

Климат исследуемой территории резко континентальный, с суровой зимой и сухим жарким летом. В среднем за год выпадает 250 мм осадков . Наибольшее количество осадков отмечено в 2010г. - 275,8 мм, а наименьшее в 2008 г. - 201,0 мм, но максимальное количество снега с ноября по март выпало в 2009 г. - 51,5 мм, минимальное в 2008 г. - 37,9 мм. Для Улуг-Хемской котловины характерен ряд исключительных физико-географических явлений. Здесь находится центр мирового максимума зимнего атмосферного давления. Зимой воздух в котловине застаивается и переохлаждается. При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом охватывают нижние слои атмосферы до высоты 250-400 м, с которыми связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогам. Основное направление ветра северовосточное. Число дней со штилем в зимний период года в Улуг-Хемской котловине составляет 54-60, преобладают (декабрь - февраль) ветры со скоростью 0,6 м/с (60-66 %), при этом повторяемость ветров со скоростью 6-7 и 8-11 м/с имеют меньшую повторяемость (по 5 %).

Почва и растительность. Кызыл расположен в зоне сухих степей с господством каштановых почв, они малогумусны ( до 2%), в основном легкого механического состава. Основной ландшафт исследуемой территории - сухая степь, представленная разными сообществами разнотравно — злаковыми, злаково- разнотравно- осоковыми, а также сорными группировками на залежных землях. Местами в долинах рек, встречаются заросли кустарников и лесные сообщества.

1.2 Социально-экономические условия города Кызыла

Кызыл - административный, культурный, промышленный центр. Основная часть промышленных объектов сосредоточена в западной части города, там, где находятся следующие предприятия: деревообрабатывающий, авторемонтный, домостроительный комбинат по производству сборных железобетонных конструкций. Кызыл является главным транспортным узлом республики: воздушным, автомобильным и водным. Современный Кызыл - самый крупный по численности населения город в Тыве с населением 110 тыс. чел.

1.3 Эколого-геохимическая характеристика г. Кызыла

В связи со спецификой работы особое внимание при обзоре эколо-го-геохимической характеристики города уделено состоянию атмосферного воздуха и источникам загрязнения города.

За период 2006 - 2010 гг. отмечается тенденция к увеличению уровня загрязнения атмосферы города по комплексному индексу ИЗА5 с «высокого» до «очень высокого», в 2008, 2009 и 2010 гг. ИЗА составил 13,65,

16,11 и 21,89 ед. соответственно. Стабильно отмечается тенденция к повышению среднегодовых концентраций бенз(а)пирена.

ПЗА в г. Кызыле за годы исследования составил в 2008 г. (3,3), 2009 г.(3,4) и 2010 г. (3,1), отсюда видно, что наибольшее значение ПЗА приходится на 2009 год.

Выполнен анализ атмогеохимического мониторинга приземной атмосферы за 14 лет. Установлено, что в приземной атмосфере содержание электретов в виде пыли, оксидов углерода, азота и серы являются геохимическими предвестниками землетрясения. Прогноз о возможности возникновения землетрясения выдают при увеличении в приземной атмосфере среднего суммарного содержания указанных полютантов свыше 120,0 % относительно сейсмически спокойных периодов. При этом прогноз и регистрацию землетрясений осуществляют по результатам регионального и локального атмогеохимического мониторинга на территории сейсмоактивных коллизионных зон континентов.

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика методики исследования

В проведенных исследованиях по оценке эколого-геохимического состояния различных сред города в качестве контролируемых полютантов выбраны: тяжелые металлы, мышьяк и бенз(а)пирен.

В период с 10 по 20 марта в 2008, 2009 и 2010 гг. были отобраны 53 пробы снега, включая фоновую, для определения содержания химических элементов и бенз(а)пирена в снежном покрове. Места отбора проб находились вблизи Кызылской ТЭЦ, магистральных автодорог и частных секторов. Фоновые пробы отбирались в 40 км южнее города.

Отбор производился по методу конверта (1x1 м) в узлах и в центре каждого квадрата. Пробы снега отбирали в полиэтиленовые пакеты с замером площади и глубины пробоотбора. Пробы брались по всей глубине его отложения, не доходя 3-5 см до почвы, во избежание загрязнения пробы грунтом.

Для определения содержания химических элементов и бенз(а)пирена в почве в начале мая 2008 и 2009 гг. в точках, соответствующих местам отбора снега, были отобраны 42 пробы почвы. Глубина отбора проб составила 0-10 см, усредненный образец состоял из 10-15 точечных образцов, после перемешивания и квартования получали пробу почвы для анализа массой 1500 граммов. На все пробы составлены акты отбора проб согласно инструкции для снега согласно РД 52.04.186-189 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы», ГОСТ 17.4.3.01-83 для проб почвы на химический анализ.

С 2008 по 2010 год на базе ФГУ государственной станции агрохимической службы «Тувинская» (аттестат аккредитации № РОСС RU 0001.514617 от 2008г.), методом атомной абсорбции на спектрометрии

был сделан химический анализ загрязнения снежного покрова и почвы химическими элементами, 67 отработанных проб.

На базе ФГУ ЦЛАТИ по Красноярскому краю (аттестат аккредитации № РОСС RU 0001 511557 действителен до 22.03.2010), методом газовой хроматографии с масс-селективным детектором был проведен анализ загрязнения снежного покрова и почвы бенз(а)пиреном в 2008 г., 28 отработанных проб.

2.2 Способы обобщения и представления полученных данных.

Обработка результатов аналитических работ проводилась в соответствии с методическими рекомендациями и требованиями к эколого-геохимическим исследованиям. Рассчитывалась масса поступления снега, пыли, химических элементов на единицу площади за единицу времени (Боев и др., 2003). Рассчитаны экогеохимические показатели коэффициента концентрации Кс и суммарного показателя загрязнения Zc. (Сает и др., 1990). Расчет производился по программе Microsoft Excel. Карты-схемы были составлены с использованием программы Corel Draw.

2.3 Расчет выбросов бенз(а)пирена при сжигании твердого топлива

Согласно методике «Определение выбросов загрязняющих веществ при сжигании твердого топлива» были рассчитаны выбросы бенз(а)пирена частным сектором.

2.4 Расчет выбросов бенз(а)пирена от автотранспорта

Согласно методике «Определение выбросов автотранспорта для

проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов» были рассчитаны выбросы бенз(а)пирена автотранспортом.

ГЛАВА 3 ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИМИ АРОМАТИЧЕСКИМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ (ПАУ)

3.1 Источники поступления тяжелых металлов в окружающую

среду

По литературным данным описаны источники загрязнения (естественные и техногенные) городской среды тяжелыми металлами, мышьяком. В средних и малых городах, там, где плохо развита промышленность, главными источниками техногенного загрязнения окружающей среды являются газовые выбросы ТЭЦ и автотранспорта.

В выбросах ТЭЦ и автомобильных двигателей обнаружено большое количество органических и неорганических веществ, среди них углекислый газ, оксиды азота и серы, свинец, кадмий, бенз(а)пирен и др.

3.2 Формирование атмохимических и литохимических аномалий

Выполнен обзор работ, посвященных исследованию снежного покрова разных городов, расположенных в разных ландшафтных зонах.

3.3 Естественные и антропогенные источники полициклических ароматических углеводородов

Показано состояние и переноса ПАУ в окружающей среде. Необходимость изучения поступления, накопления, распределения и переноса ПАУ в биосфере обусловлена тем, что результаты могут служить основой для разработки мер, направленных на сведение ПАУ до нормативных значений и решения проблем устойчивого развития города.

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СНЕЖНОГО И ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Г. КЫЗЫЛА

4.1 Определение уровня загрязнения пылью снежного покрова г. Кызыла

Представлены результаты исследований снежного и почвенного покровов г. Кызыла по пыли, тяжелым металлам и мышьяку за 2008-2010 годы. Определялась масса накопления снега, пыли и полютантов в нем, а также экогеохимические показатели Кс и в обеих депонирующих средах. По нашим данным, запас снега в отдельных точках варьировался в пределах от 49,4 до 87,4 кг/(м2-5мес.), средняя высота снежного покрова от 15,3 до 22,6 см., средняя масса поступления пыли на снежный покров г. Кызыла составила от 9,45 до 130,9 г/(м2-5мес.) или 63-873,06 мг/(м2-сут).

По загрязнению снежного покрова пылью выделены участки минимальной, низкой, средней, высокой и очень высокой запыленности. Расчет средней массы поступления снега на территорию г. Кызыла составил в 2008 г. - 56,6 кг/(м2-5мес.), 2009 г. - 73,36 кг/(м2-5мес.) и 2010 г. - 71,9 кг/(м2-5мес.). Средняя высота снега в 2008, 2009 и 2010 гг. составила 14,2; 19,6 и 19,4 соответственно.

Установлено, что максимальное поступление снега приурочено к участкам, которые расположены на открытой местности и на окраинах города, а пыли - вблизи магистральных автодорог в зонах высокой и средней интенсивности движения автотранспорта и Кызылской ТЭЦ. На остальных участках уровень загрязнения средний и низкий.

4.2 Определение массы поступления тяжелых металлов и мышьяка на снежный покров города Кызыла

Суммарная масса поступления химических элементов на окружающую среду города (масса загрязнителей, выпадающих на единицу площади за единицу времени) в жидкой и твердой фазах снежного покрова составила от 29,3 до 56,7 и от 79,3 до 392,8 кг/(200 км2-сут.) соответственно. Наибольшая масса поступления химических элементов установлена в разных фазах снега в 2009 (392,8), наименьшая - в 2008 году (109,1) кг/(200 км2-сут.).

Более высокая нагрузка полютантов отмечена в твердой фазе снега за счет поступления цинка, свинца, 1марганца и никеля, накапливающихся в виде водонерастворимых формах тяжелых металлов.

4.3 Эколого-геохимическое состояние снежного покрова Средние значения коэффициента (Кс) растворимых форм полютантов в снеге превышают фон от 1,2 до 14,4 ед. (табл. 1).

Таблица 1 - Средние значения коэффициента (Кс) концентрации и суммарного показателя (¿с) загрязнения (жидкая фаза) снежного покрова тяжелыми металлами и мышьяком с 2008 по 2010 год_

№ пробы Место отбора пробы рн Кг (жидкая фаза) Суммарный показатель ас)

РЬ Сс1 Аэ н8 Ъп Си Со Мп №

1 п.г.т. Каа-Хем, 1,5 км восточнее Кызылской ТЭЦ 7,2 3,5 2,1 3,3 1,62 3,9 3,14 5,46 3,95 2,52 21,79

2 п.г.т. Каа-Хем, 500 м восточнее ТЭЦ 7,3 5,6 4,6 4,0 1,89 8,2 5,6 4,9 4,17 5,9 36,95

3 Частный сектор, 500 м западнее ТЭЦ 7,9 8,1 3,25 5,8 3,13 6,96 6,36 5,4 5,65 6,3 42,95

4 Район школы-интерната 1,5 км западнее ТЭЦ 7,5 7,9 4,3 5,5 3,85 8,4 8,1 5,8 5,5 4,5 45,85

5 Магистральная автодорога (кольцевой перекресток ул. Дружбы и Рабочей) 7,3 8,9 3,4 3,4 2,5 14,4 8,96 5,1 4,4 4,2 47,3

6 Магистральная автодо-рога(район автовокзала) 7,2 5,1 3,4 4,2 1,8 4,72 4,9 5,2 4,2 3,9 29,42

7 Район рынка (ул. Красноармейская, 137) 7,4 10,8 3,7 5,4 2,5 10,9 8,7 7,1 6,0 6,2 53,3

8 Частный сектор (ул. Рабочая, 278) 7,2 3,5 2,25 2,8 1,7 2,9 3,0 2,9 3,0 3,1 17,2

9 Магистральная автодорога (кольцевой перекресток Телецентр, ул. Московская) 7,3 12,9 4,1 6,7 2,7 12,1 10,3 7,3 6,1 5,5 59,7

10 Магистральная автодорога (ул. Калинина, ул. Ровенская) 7,4 6,9 3,1 3,7 2,6 7,2 6,6 4,4 4,1 3,9 34,5

11 Промышленная зона (ул. Сукпакская, 24) 7,5 4,3 3,1 2,6 1,7 3,3 3,1 5,2 3,3 3,5 22,1

12 Правый берег, частный сектор (ул. Холмистая) 7,4 1,5 1,6 1,2 1,3 1,7 1,6 1,3 1,3 1,6 5,1

13 Частный сектор (ул. Убсунурская, 17) 7,4 4,04 2,8 2,7 2,0 3,0 3,0 3,4 3,0 2,9 18,84

Фоновая проба, мг/дм"

14 Кызыл, Дус-Холь 40 км южнее г. Кызыла 7,0 0,011 0,004 0,009 0,001 0,016 0,005 0,012 0,014 0,024 -

Максимальные значения имеют Ъъ, РЬ, Си с Кс 14,4; 12,9; 10,6 ед. соответственно, а минимальные - Ав (1,2); Н§ (1,3); Со и Мп (1,3).

Высокие значения цинка, свинца и меди зафиксированы вблизи магистральных автодорог (ул. Дружбы и Рабочей - точка 5), (Телецентр, ул. Московская - точка 9), и в районе рынка (точка 7).

Средние расчетные значения (Xс) загрязнения варьируют от 5,1 до 59,7 ед., что свидетельствует об относительно минимальном и слабом загрязнении снежного покрова химическими элементами (рис. 1).

12

- ш»

' '•.>• .«.О

»¡МЯЙв« ^г-'"'* - ^Л*'^'"...'

" " Л

и

Р

«з'

Место отбора проб 1 I 2 3 4 5 6 ! 7 8 9 10 11 12 13 14

гс 21.79136,95 42,95 45,85 47,30 29.42153,30 17,20 59,70 34,50 22,10 5,10 18,84 0,00

Рисунок 1 — Карта-схема среднего суммарного показателя (Ъс) загрязнения химическими элементами снежного покрова г. Кызыла (жидкая фаза) с 2008 по 2010 год. (Номер и место отбора проб соответствуют табл.1). Примечание: 1 мм = 10ед2с.

Более высокие значения слабого уровня загрязнения встречаются на перекрестке магистральной автодороги (Телецентр, ул. Московская), и в районе рынка, а также на участке кольцевого перекрестка ул. Дружбы и Рабочей (точка 5), в районе школы- интерната (точка 4) и в 500 м западнее ТЭЦ (точка 3) . Причинами наибольшего загрязнения в зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог могут быть расположение первой зоны в низкой части города и преобладание одноэтажных частных домов, которые используют низкие печные трубы, неблагоприятные метеорологические условия (инверсия, штиль, слабая скорость ветра), которые создаются в зимнее время года. В зонах действия магистральных автодорог - высокая интенсивность движения автотранспорта и плохое состояние автомобильных дорог.

По функциональному назначению территория города разделена на зоны: зона действия ТЭЦ; зона действия магистральных автодорог; промышленная зона; частный сектор (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема функционального зонирования территории г. Кызыла

Условные обозначения:

- зона действия ТЭЦ; И - частный сектор;

- зона дейст вия - промышленная зона, магистральных автодорог;

Уровень загрязнения снега жидкими фазами полютантов в зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог оценивается как слабый, а в промышленной зоне и частном секторе - минимальный.

Лидирующими элементами жидкой фазы снега в зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог установлены цинк, свинец, медь, кобальт и марганец, в промышленной зоне кобальт и свинец, а в частном секторе - свинец.

Средние значения (Кс) в твердой фазе снега превышают фон от 1,1 до 21,1 ед., максимальные значения характерны для 7л, РЬ, Со и Мп с Кс 21,1; 15,3; 8,7 и 8,2 соответственно (табл. 2).

Высокие значения цинка и свинца отмечены вблизи магистральной автодороги (Телецентр, ул. Московская), в районе рынка (ул. Красноармейская) с коэффициентом Кс (20-21,1) и (13,3-15,3) ед., а марганца, кобальта - районе школы-интерната (1,5 км западнее ТЭЦ) с Кс 8,7;8,2 соответственно.

Таблица 2 - Средние значения коэффициента (Кс) концентрации и суммарного показателя (¿с) загрязнения ( твердая фаза) снежного покрова тяжелыми металлами и мышьяком с 2008 по 2010 год___

№ про -бы Место отбора пробы Кс (твердая фаза) Суммарный показатель (?с)

РЬ Ссі Аэ н8 Ъп Си Со Мп №

1 п.г.т. Каа-Хем, 1,5 км восточнее Кызылской ТЭЦ 3,3 3,6 4,4 1,9 5,3 3,1 4,75 4,9 2,1 25,35

2 п.г.т. Каа-Хем, 500 м восточнее ТЭЦ (ул. Шахтерская) 5,2 5,8 5,2 2,1 14,9 5,6 5,7 7,5 4,5 48,5

3 Частный сектор, 500 м западнее ТЭЦ 12,0 5,8 6,1 3,0 16,3 7,6 7,5 8,1 4,1 62,5

4 Район школы-интерната 1,5 км западнее ТЭЦ 13,1 6,4 6,7 3,2 14,4 7,4 8,2 8,7 3,5 63,6

5 Магистральная автодорога (кольцевой перекресток ул. Дружбы и Рабочей) 11,6 5,9 6,2 2,8 10,8 7,76 7,04 7,9 3,7 55,7

6 Магистральная автодорога (район автовокзала) 5,6 5,3 3,5 2,1 9,8 4,2 5,2 4,2 3,2 35,1

7 Район рынка (ул. Красноармейская, 137) 13,3 5,4 5,7 3,0 20,0 3 8,1 7,2 7,2 4,5 66,4

8 Частный сектор (ул. Рабочая, 278) 3,6 2,5 3,24 1,8 3,18 2,9 3,3 3,9 2,3 18,7

9 Магистральная автодорога (кольцевой перекресток Телецентр, ул. Московская) 15,3 7,9 6,7 3,6 21,1 7,9 7,5 10,3 4,5 76,8

10 Магистральная автодорога (ул. Калинина, ул. Ровенская) 7,9 6,2 4,1 2,6 13,3 4,9 6,4 5,9 3,2 46,5

11 Промышленная зона (ул. Сукпакская, 24) 3,8 5,1 3,5 2,0 3,7 3,5 6,9 3,8 2,7 27,0

12 Правый берег, частный сектор (ул. Холмистая, 41) 1,3 1,9 1,3 1,1 1,9 1,4 2,3 1,4 1,3 5,9

13 Частный сектор (ул. Убсунурская, 17) 2,8 2,7 2,5 1,9 3,04 2,4 3,3 2,63 1,8 15,07

Фоновая проба, мг/дм3

14 Кызыл, Дус-Холь 40 км южнее г. Кызыла (фон) 0,04 0,014 0,017 0,005 0,107 0,021 0,025 0,038 0,076

Средние значения суммарного показателя (2С) загрязнения в твердой фазе снега химическими элементами составили от 5,9 до 76,8 ед., уровень загрязнения оценивается как минимальный, слабый и средний (рис. 3). Средний уровень загрязнения выявлен вблизи магистральной автодороги (Телецентр, ул. Московская) и в районе рынка.

Максимальные значения слабого уровня загрязнения - вблизи Кы-зылской ТЭЦ, в районе школы-интерната и частного сектора (500 м за-

паднее ТЭЦ), магистральной автодороги (ул. Дружбы и Рабочей) с Ъс (63,6; 62,5; 55,7) соответственно. Минимальное загрязнение зафиксировано в промышленной зоне (7^=21,0), в п.г.т. Каа-Хем (точка 1), где 2с=25,35 и в частных секторах (ул. Холмистая и Убсунурская - точки 12, 13), так как данные участки расположены на значительном расстоянии от ТЭЦ и магистральных автодорог.

....

* ..

ттшт

Место отбора проб | 1 | 2 | 3 | •< ] 5 | 6 [ 7 | 8 {___9___| 10 | 11 | 12 | 13 |

Тс

ВИМИИШ1ЕИ' авшпвшн

Рисунок 3 - Карта-схема среднего суммарного показателя (Хс) загрязнения химическими элементами снежного покрова г. Кызыла (твердая фаза) с 2008 по 2010 год. (Номер и место отбора проб соответствуют табл.2). Примечание: 1 мм = 10 ед. Ъо.

Уровень загрязнения в твердой фазе снега в зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог оценивается как слабый, в других зонах - минимальный. Высокие значения цинка, свинца, меди, марганца и кобальта наблюдаются вблизи магистральных автодорог и Кызылской ТЭЦ, а кобальта, кадмия в промышленной зоне, свинца в частном секторе.

Таким образом, наибольшее загрязнение снега в твердой фазе приходится на зоны действия ТЭЦ и магистральных автодорог.

4.4 Динамика загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами и мышьяком

Результаты эксперимента по динамике загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами и мышьяком с 2008 по 2010 год показывают,

15

что высокие значения Ксср характерны для водонерастворимых форм тяжелых металлов.

Отмечено, что лидирующими элементами в разные годы из подвижных форм тяжелых металлов являются цинк, свинец, медь и кобальт, валовых - цинк и свинец (рис. 4, 5).

По нашим данным, незначительное превышение значений приходится на 2009 год за счет небольшого прироста водонерастворимых форм тяжелых металлов.

2008 2009 2010

годы

□ РЬ В са □ Ав □ Н§ В гп □ Си ■ Со □ Мп ■ №

Рисунок 4 - Средние значения коэффициента (Ксср) концентрации тяжелых металлов и мышьяка (водорастворимые формы) с 2008 по 2010 год.

2008 2009 2010

Годы

□ Pb BCd DAs DHg BZn ШСи В Co DMn BNi

Рисунок 5 - Средние значения коэффициента (Ксср) концентрации тяжелых металлов и мышьяка (водонерастворимые формы) с 2008 по 2010 год

4.5 Эколого-геохимическое состояние почвенного покрова

Для почвенного покрова установлены средние значения (Кс) и суммарного показателя загрязнения (7С) тяжелыми металлами и мышьяком (подвижные и валовые формы) с 2008 по 2009 год. Средние значения Кс превышают фон от 0,61 до 5,19 (подвижные формы) от 1,0 до 4,8 ед. ( валовые формы). Суммарный показатель (¿с) загрязнения у подвижных и валовых форм 3,8 до 12,9 и 4,6 до 12.9 ед. соответственно.

Уровень загрязнения оценивается как минимальный и слабый. Более высокие значения слабого уровня загрязнения зафиксированы вблизи магистральной автодороги (Телецентр, ул. Московская), в районе школы-интерната, в частном секторе (500 м западнее ТЭЦ) и районе рынка, а также слабое загрязнение зафиксировано в 500 м восточнее ТЭЦ, вблизи автовокзала и магистральных автодорог (ул. Дружбы и Рабочей), (ул. Калинина и Ровенская).

В зонах действия ТЭЦ и автомагистральных дорог наибольший вклад в загрязнение почвенного покрова вносят цинк, никель и свинсц (подвижные формы), уровень загрязнения оценивается как слабый. В промышленной зоне и частном секторе загрязнение минимальное, основными загрязняющими элементами из подвижных форм являются кобальт, цннк и кадмий, валовых — цинк и никель.

Таким образом, основными приоритетными загрязнителями почвенного покрова установлены цинк, никель и свинец.

4.6 Динамика загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и мышьяком

Результаты расчетов по годам показывают, что незначительное превышение значений Тс, в почвенном покрове приходится также на 2009 год, причем наибольшее количество выявлено у валовых форм тяжелых металлов.

ГЛАВА 5 ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СРЕД г. КЫЗЫЛА БЕНЗ(а)ПИРЕНОМ

5.1 Оценка степени загрязнения снежного покрова бенз(а)пиреном

Результаты анализа снежного покрова и расчетные значения коэффициента (Кс) концентрации бенз(а)пирена представлены в табл. 3.

Расчетные значения коэффициента (Кс) концентрации бенз(а)пирена в снежном покрове относительно природного фона варьируют от 1,1 до 67,8 ед.

Максимальные значения Кс зафиксированы вблизи перекрестков магистральных автодорог: Телецентр и ул. Московская (К=67,8); ул. Калинина и Ровенская (Кс=44,9); ул. Дружба и Рабочая (Кс=28,6), а также в районе школы-интерната (Кс=48,3), которая находится в зоне действия ТЭЦ.

Таблица 3 - Коэффициент концентрации (Кс) бенз(а)пирена в снежном покрове г. Кызыла

№ пробы Место отбора пробы Содержание бенз(а)пирена, мг/л Коэффициент концентрации (Кг)

1 п.г.т. Каа-Хем, 1,5 км восточнее Кызыл-ской ТЭЦ 0,0000433 5,85

2 п.г.т. Каа-Хем, 500 м восточнее Кызыл-ской ТЭЦ 0,0001458 19,7

3 Частный сектор, 500 м западнее Кызыл-ской ТЭЦ 0,0000981 13,3

4 Район школы-интерната, 1,5 км западнее Кызылской ТЭЦ 0,0003573 48,3

5 Магистральная автодорога (перекресток ул. Дружбы и Рабочей) 0,0002118 28,6

6 Магистральная автодорога (район автовокзала) 0,0000205 2,7

7 Район рынка (ул. Красноармейская, 137) 0,0000645 8,7

8 Частный сектор (ул. Рабочая, 387) 0,0000149 2,0

9 Магистральная автодорога ( перекресток Телецентр, ул. Московская) 0,0005023 67,8

10 Магистральная автодорога (перекресток ул. Калинина и Ровенская) 0,0003329 44,9

11 Промыпшенная зона (ул. Сукпакская, 24) 0.0000934 12,6

12 Частный сектор (ул. Холмистая, 41) 0,0000286 3,86

13 Частный сектор (ул. Убсунурская, 17) 0,0000087 1,17

Фоновая проба, мг/дм

14 Кызыл - Дус-Холь 30 км южнее г. Кызыла (фоновая проба) 0,0000074 -

Более низкие значения бенз(а)пирена отмечены в 500 м восточнее (Кс=19,7), и 500 м западнее (Кс=13,3) ТЭЦ ( точки 2 и 3), затем по мере удаления (1,5 км восточнее) от источника загрязнения значение Кс снижается до 5,85 ед. Также относительно высок коэффициент (Кс-12,6) в промышленной зоне, хотя давно прекращена деятельность основных промышленных предприятий.

По сравнению с другими участками магистральных автодорог район рынка (ул. Красноармейская) характеризуется незначительной концентрацией коэффициента (Кс) аномальности 8,7 ед., хотя для данного участка отмечена высокая загруженность автотранспорта.

Таким образом, результаты исследований снежного покрова показали превышение коэффициента (Кс) концентрации бенз(а)пирена от фона в 1,7-67,8 раз. Наибольшее загрязнение снежного покрова г. Кызыла бенз(а)пиреном приходится на зоны действия автомагистральных дорог, ТЭЦ, а в меньшей степени — на промышленную зону и частные секторы, которые расположены на окраине города.

5.2 Оценка степени загрязнения почвенного покрова бенз(а)пиреном

Расчетные значения коэффициента (Кс) для бенз(а)пирена в почвах относительно фонового составляют от 1,0 до 2,4 ед. Наибольшее значение (Кс) наблюдается вблизи магистральной автодороги (Телецентр, ул. Московская - точка 9) и в районе школы-интерната (точка 4), находящейся под влиянием ТЭЦ. На остальных участках уровень загрязнения почвенного покрова близка к фону и не превышает ПДК бенз(а)пирена в почве.

5.3 Оценка влияния автотранспорта на загрязнение бенз(а)пиреном атмосферного воздуха г. Кызыла

Оценка влияния автотранспорта проводилась согласно действующей методике определения выбросов автотранспорта для проведения расчетов загрязнения атмосферы городов.

Таблица 4 - Оценка значений удельных выбросов бенз(а)пирена для участков автомагистральных дорог г. Кызыла __^__

№ Участки автомагистралей Удельный выброс БП (г/с), движущимся автотранспортом Удельный выброс БП (г/с), регулируемым автотраспртом Выбросы БП (т/год), для движущегося автотранспорта Выбросы БП (т/год), для регулируемого автотранспорта в районе перекрестка

1 Магистральная автодорога(перекресток ул. Дружбы и Рабочей) 0,082-Ю"6 2,45-10-6 2,6 25,7

2 Магистральная автодорога (район старого автвокзала) 0,0558-10-6 1,6-10-6 1,7 16,8

2 Магистральная автодорога(район старого автовокзала) 0,0558-10"6 1,6-10'6 1,7 16,8

3 Район рынка (ул.Красноармейска я, 137) 0,063-10'6 1,78-Ю"6 1,99 18,7

4 Магистральная автодорога (перекресток Телецентр, ул. Московская) 0,ЮНО"6 3,28-10"6 3,2 34,5

5 Магистральная автодорога(перекресток ул. Калинина и Ровенская) 0,092-10"6 2,81-Ю"6 2,9 29,5

Примечание: БП - бенз(а)пирен

При оценке воздействия автотранспорта нами подсчитывалось количество автомобилей за 10-60 мин с учетом наименования группы автомобилей, а также проводился подсчет движущегося и регулируемого автотранспорта для пяти магистральных автодорог (табл. 4).

Высокие значения бенз(а)пирена установлены на участках автодорог в районе регулируемых перекрестков. Магистральная автодорога на перекрестке ул. Калинина и Ровенской (точка 11) отличается средней интенсивностью движения, но высокой концентрацией бенз(а)пирена. Главной причиной высокого значения БП может быть загруженность этого участка всеми группами автотранспорта. Расчетные данные показывают, что уровень загрязнения бенз(а)пиреном отличается на разных участках в 2 с лишним раза. Суммарные выбросы БП в атмосферный воздух города Кызыла от всех групп транспорта составляет 137,55 т/год.

ГЛАВА 6 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ г. КЫЗЫЛА

6.1 Рекомендации для улучшения экологической обстановки от выбросов ТЭЦ и частного сектора

Предлагаются рекомендации и мероприятия, направленные на улучшение экологической обстановки в городе Кызыле. Особенности пространственного и временного распределения полютантов (тяжелые металлы, мышьяка и бенз(а)пирена) определяются природными факторами и инфраструктурой города и конструктивными недостатками тепловых установок, используемых ТЭЦ и частным сектором.

6.2 Рекомендации для улучшения экологической обстановки от влияния автомобильного транспорта

Для снижения выбросов летучих отработанных продуктов автотранспорта и их отрицательного воздействия на атмосферный воздух предложены градостроительные, административные и технологические мероприятия. Разработанные рекомендации и их поэтапное использование в соответствующих направлениях могут способствовать значительному снижению выброса вредных веществ в атмосферу и улучшению экологической обстановки в г. Кызыле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. По загрязнению снежного покрова пылью выделены участки очень низкой, низкой, средней, высокой и очень высокой запыленности со средней массой поступления пыли на снежный покров города от 9,45 до 130,9 г/(м2-5 мес.).

2. Суммарная масса поступления химических элементов в разных фазах снега составила от 29 до 392,8 кг/(200км2-5 мес.).

3. Результаты исследования эколого-геохимического состояния снежного покрова показали, что средние значения коэффициента (Кс) концентрации в разных фазах превышают фон от 1,2 до 21,1 ед.

20

4. Средние значения суммарного показателя загрязнения (Zc) варьируют от 5,1 до 76,8 ед., что свидетельствует об относительно минимальном и слабом загрязнении жидкой фазы снега и минимальном, слабом и среднем загрязнении твердой фазы снега химическими элементами.

5. В зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог уровень загрязнения оценивается как слабый, а в промышленной зоне и частном секторе - минимальный. Лидирующими элементами в зонах действия ТЭЦ и магистральных автодорог установлены цинк, свинец, медь, кобальт и марганец, в промышленной зоне кобальт, кадмий и свинец, а в частном секторе - свинец.

6. Основными приоритетными загрязнителями снежного покрова являются цинк, свинец, медь и кобальт.

7. Исследование экогеохимического состояния почвенного покрова показало, что средние значения коэффициента (Кс) тяжелых металлов и мышьяка в разных формах превышают фон от 0,61 до 5,4 ед. Расчетный суммарный показатель (Zc) загрязнения почвенного покрова химическими элементами составил от 3,8 до 12,9 ед. Уровень загрязнения оценивается как минимальный и слабый.

8. В зонах действия ТЭЦ и автомагистральных дорог наибольший вклад в загрязнение почвенного покрова из разных форм тяжелых металлов вносят цинк, никель и свинец, уровень загрязнения оценивается как слабый. В промышленной зоне и частном секторе загрязнение минимальное, основными преобладающими элементами являются кобальт, цинк и кадмий и никель.

9. Основными приоритетными загрязнителями почвенного покрова г. Кызыла установлены цинк, никель и свинец.

10. Результаты эксперимента по динамике загрязнения снежного и почвенного покрова тяжелыми металлами и мышьяком с 2008 по 2010 год показали, что незначительное превышение значений Zc приходится на 2009 год и наибольший прирост выявлен в снеге у водонераствори-мых, а в почве - у подвижных форм тяжелых металлов.

11. При оценке степени загрязнения снежного и почвенного покровов отмечено превышение значения бенз(а)пирена от фона на всех пробных участках снега от 1,7до 67,8, а в пробах почвы до 2 раз, поэтому наибольшее загрязнение приходится на снежный покров города.

12. Основное загрязнение снежного покрова и почв г. Кызыла пылью, токсическими металлами и бенз(а)пиреном приходится на зоны действия магистральных автодорог, Кызылской ТЭЦ. а в меньшей степени - на промышленную зону и частные секторы, которые расположены на окраине города.

13. Прогноз и регистрацию землетрясений в коллизионных зонах предлагается осуществить по результатам атмогеохимического мониторинга.

Для улучшения экологической обстановки по уменьшению загрязнения тяжелыми металлами, мышьяком и бенз(а)пиреном в г. Кызыле необходимо:

-правильное размещение будущей проектируемой ТЭЦ с учетом экохимических знаний, полученных нами;

-создание в городе системы геофизического прогнозирования и службы, постоянно проверяющую качество привозимых жидких горючесмазочных материалов и твердого топлива;

-озеленение вдоль магистралей, вокруг промышленных предприятий и пока еще свободных территорий города;

- внедрение эффективных механизмов взимания платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от всех видов транспорта и предприятий;

- организация сети стационарных и передвижных пунктов контроля по сверхнормативным выбросам в атмосферу от передвижных источников загрязнения.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Кара-Сал И.Д. Изучение макрокомпонентного состава снежного покрова в зоне действия автомагистралей / И.Д. Кара-Сал, У.Д. Чульдум // Естественные и технические науки. - 2009. - № 1 (39). - С. 56-59. 0,2 п.л. ( 0,1 п.л).

2. Кара-Сал И.Д. Оценка уровня загрязнения тяжелыми металлами снежного покрова г. Кызыла / И. Д. Кара-Сал // Естественные и технические науки. - 2009. - № 5 (43). - С. 232-238. 0,4 пл.

3. Кара-Сал И.Д. Оценка уровня загрязнения пылью снежного покрова г. Кызыла / И.Д. Кара-Сал // Естественные и технические науки. -2010. -№ 3 (47).-С. 288-292. 0,3 п.л.

Публикации в других научных изданиях:

4. Кара-Сал И.Д. Изучение качества атмосферного воздуха г. Кызыла. / И.Д. Кара-Сал // Естественные и технические науки. - 2007. - № 2 (28). - С. 119-121. 0,2 п.л.

5. Кара-Сал И.Д. Оценка влияния автомобильного транспорта на загрязнение бенз(а)пиреном атмосферного воздуха г. Кызыла / И.Д. Кара-Сал // Научные труды Тывинского государственного университета. -Кызыл : РИО ТывГУ, 2007. - Т. 1, вып.У. - С. 69-72. 0,1 пл.

6. Кара-Сал И.Д. Анализ компонентного состава снежного покрова в зоне действия ТЭЦ г. Кызыла / И.Д. Кара-Сал // Научные труды Тывинского государственного университета. - Кызыл : РИО ТывГУ, 2008. - Т. 2, вып. VI. - С. 255-256. 0,1 п.л.

7. Кара-Сал И.Д. Динамика загрязнения тяжелыми металлами снежного покрова г. Кызыла / И.Д. Кара-Сал // Научные труды Тывинского государственного университета. - Кызыл : РИО ТывГУ, 2008. - Т. 2, вып. VII. - С. 255-256. 0,1 п.л.

8. Кара-Сал И.Д. Содержание тяжелых металлов в снежном покрове города Кызыла / И.Д. Кара-Сал // Вестник Тывинского государственного университета. Технические и физико-математические науки. -Кызыл : РИО ТывГУ, 2009. - Вып. 2. - С. 36-39. 0,4 пл.

9. Кара-Сал И.Д. Определение массы выбросов бенз(а)пирена в атмосферу от частного сектора / И.Д. Кара-Сал // Научные труды Тывинского государственного университета. - Кызыл : РИО ТывГУ, 2010. -Вып. VIII.-С. 137-138. 0,2 п.л.

10. Кара-Сал И.Д. Определение массы поступления тяжелых металлов на снежный покров г. Кызыла (Республика Тыва) / И.Д. Кара-Сал // Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГСХА. - Пенза : РИО ПГСХА, 2011. - С. 70-73. 0,2 пл.

Подписано в печать 18.04.2012 г. Формат А4/2. Ризография Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 23/04-12 Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кара-Сал, Ирина Дарымаевна, Кызыл

61 12-11/142

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТУВИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

КАРА-САЛ Ирина Дарымаевна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГО - ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА КЫЗЫЛА (РЕСПУБЛИКА ТЫВА)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Мананков Анатолий Васильевич

Кызыл -2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

Глава I. Краткая физико-географическая и эколого-

геохимическая характеристика г. Кызыла Рыспублики Тыва..... 10

1.1. Природные условия города Кызыла..............................................................10

1.2. Социально- экономические условия города Кызыла............ 21

1.3. Эколого-геохимическая характеристика г. Кызыла.............. 22

Глава II. Методы исследования.............................................. 36

2.1. Характеристика методики исследования........................ 36

2.2. Способы обобщения и представления полученных данных .. 39

2.3. Расчет выбросов бенз(а)пирена при сжигании твердого топлива........................................................................ 43

2.4. Расчет выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта .. 44 Глава III. Характеристика основных источников загрязнения объектов городской среды тяжелыми металлами и полициклическими ароматическими углеводородами

(ПАУ).................................................................................. 48

3.1. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду........................................................................... 48

3.2. Формирование атмохимических и литохимических

аномалий...................................................................... 51

3.3. Естественные и антропогенные источники полициклических ароматических углеводородов............................................. 60

Глава IV. Оценка эколого-геохимического состояния снежного и

почвенного покровов г. Кызыла.......................................... 73

4.1. Определение уровня загрязнения пылью снежного покрова г. Кызыла...................................................................... 74

4.2. Определение массы поступления тяжелых металлов и мышьяка на снежный покров города Кызыла.......................... 78

4.3. Эколого-геохимическое состояние снежного покрова города Кызыла......................................................................... 83

4.4. Динамика загрязнения снежного покрова тяжелыми металлам мышьяком..................................................................... 95

4.5. Эколого-геохимическое состояние почвенного покрова

города Кызыла............................................................... 99

4.6. Динамика загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком почвенного покрова......................................................... 111

Глава V. Оценка степени загрязнения различных сред г. Кызыла бенз(а)пиреном .................................................................. 118

5.1. Оценка степени загрязнения снежного покрова бенз(а)пиреном............................................................... 118

5.2. Оценка степени загрязнения почвенного покрова бенз(а)пиреном............................................................... 122

5.3. Оценка влияния автотранспорта на загрязнение бенз(а)пиреном атмосферного воздуха г. Кызыла.................... 125

Глава VI. Разработка рекомендаций по улучшению

экологической обстановки г. Кызыла..................................... 130

6.1. Рекомендации для улучшения экологической обстановки от выбросов ТЭЦ и частного сектора....................................... 130

6.2. Рекомендации для улучшения экологической обстановки

города от влияния автомобильного транспорта....................... 133

Заключение........................................................................ 137

Литература........................................................................ 140

Приложения .......................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Оценка эколого-геохимического состояния территории необходима для развития, рационального размещения производительных сил и создания наиболее благоприятных условий для проживания населения, а также сохранения компонентов экосистем. Загрязнение окружающей среды является одной из наиболее важных проблем человечества на современном этапе развития. Объективно оценить степень экологического благополучия территории можно на основании результатов анализа проб компонентов окружающей среды: воздуха, снежного покрова и почвы.

Высокая концентрация промышленных предприятий и автотранспорта в больших и малых городах создает все более напряженную экологическую ситуацию в селитебных районах, основной вклад в загрязнение вносят выбросы предприятий энергетического комплекса и автотранспорта. Для урбанизированных территорий, находящихся под влиянием выбросов, содержащих продукты сгорания углеводородного топлива, индикаторами уровня техногенной нагрузки служат тяжелые металлы, мышьяк и бенз(а)пирен и др.

В настоящее время для территории г. Кызыла, расположенного в межгорной котловине со специфическими климатическими условиями, стоит проблема как оценки, так и прогноза загрязнения окружающей среды и, в первую очередь, тяжелыми металлами различных классов токсичности, мышьяком и бенз(а)пиреном. Систематические наблюдения проводятся только за основными примесями: пылью, сажей, оксидами азота, серы, окисью углерода и т.д. Поэтому весьма актуальным является исследование степени загрязненности снежного покрова, почвы и атмосферного воздуха столицы Республики Тыва токсичными металлами, мышьяком и такими наименее изученными и наиболее опасными загрязнителями, как

полициклические ароматические углеводороды в лице типичного представителя - бенз(а)пирена.

Объект и предмет исследования. В качестве объекта исследования выбраны основные депонирующие среды территории г. Кызыла, т.е. участков, непосредственно прилегающих к Кызылской ТЭЦ, промышленной зоне и частному сектору, где основным топливом является уголь, ставший источником пыли и сажи, а также к автомагистралям с интенсивным движением автотранспорта.

Предметом исследования являются токсичные и канцерогенные поллютанты характерные для территории города.

Целью данной работы является оценка эколого-геохимического состояния и динамики притока токсикантов на подстилающую поверхность территории г. Кызыла по результатам наземного мониторинга основных депонирующих сред.

Задачи, поставленные для достижения цели:

• оценить массы поступления снега и содержащихся в снеге пыли,

2 2

тяжелых металлов и мышьяка на м и км за период 2008-2010 гг;

• изучить содержание тяжелых металлов, мышьяка и бенз(а)пирена в снежном и почвенном покровах г. Кызыла;

• выполнить пространственно-временную оценку уровня загрязнения различных сред тяжелыми металлами разных форм и составить карты-схемы по уровню загрязнения снежного и почвенного покровов и схему функционального зонирования территории города;

• дать расчетную оценку загрязнения бенз(а)пиреном воздушной среды автомобильным транспортом и другими источниками загрязнения;

• по результатам анализа собственных и опубликованных данных изучить уровни накопления поллютантов на фоне катастрофических природных процессов.

Научная новизна. В результате проведенных работ и на основе обобщения опубликованных и авторских материалов впервые:

• проведен комплексный анализ снежного и почвенного покровов по загрязнению бенз(а)пиреном, мышьяком и тяжелыми металлами;

• выявлены приоритетные загрязнители снежного и почвенного покровов г. Кызыла;

• проанализирован вклад различных источников загрязнения в общее экологическое состояние г. Кызыла по загрязнению тяжелыми металлами, мышьяком и бенз(а)пиреном;

• дана расчетная оценка загрязнения бенз(а)пиреном воздушной среды автомобильным транспортом и другими источниками загрязнения;

• предложен способ прогнозирования и регистрации землетрясений в пределах горных коллизионных зон континентов.

Теоретической и методологической основой исследований послужили результаты работы отечественных и зарубежных ученых, заложивших основы развития учения о ноосфере (акад. В.И. Вернадского и др.) и концепции устойчивого развития (Э.В. Гирусова, Г.Н. Голубева, В.И. Данилова-Данильяна, Ю.А. Израэля, Н.С. Касимова, H.H. Лукъянчикова, Д.С. Львова, A.B. Мананкова, Д.Х. Медоуза, H.H. Моисеева, В.И. Осипова, A.B. Позднякова, Н.Ф. Реймерса, С.Л. Шварцева, A.B. Яблокова и др.).

В развитие теоретической геоэкологии и экологической безопасности большой вклад внесли многие ученые разных школ (A.M. Адам, Ю.А.Афанасьев, В.Г. Горшков, В.В. Коваленко, В.А. Королев, И.И. Мазур, Г.Г.Мирзаев, П.А. Окишев, В.К. Попов, Л.Л. Прозоров, Л.П. Рихванов, Ю.Е. Сает, АЛ. Яншин и др.).

В области экологической геохимии и геоэкологии урбанизированных территорий с использованием методов анализа загрязнения депонирующих сред и снежных покровов, кроме нормативных документов, методических

рекомендаций, использованы результаты работ А.И. Летувнинкаса, Е.Г. Язикова, И.М. Назарова, О.С. Ренне, B.C. Савенко, Ш.Д. Фридмана и др..

Личный вклад автора: постановка цели, задач исследования; участие в ежесезонных выездах в период с 2007 по 2010 гг. в отборе 95 проб снега, почвы, пробоподготовке и в сборе данных; статистическая обработка полученных результатов и их обобщение; анализ вклада различных источников загрязнения в общее экологическое состояние г. Кызыла; создание карт-схем по уровню загрязнения снега и почвы и схемы функционального зонирования территории города; разработка рекомендаций по улучшению экологической обстановки города; написание статей; формулирование выводов.

Практическая значимость работы. Результаты работы использованы при разработке республиканской целевой программы «Государственная экологическая экспертиза в отношении объектов регионального назначения», экологического мониторинга и решения проблем регулирования экологической обстановки на территории города Кызыла (акт № 210/4 «от 26. 03. 2012 г.» Министерства природных ресурсов и экологии Республики Тыва. Об использовании результатов диссертационной работы). Составленные карты-схемы по уровню загрязнения снежного и почвенного покровов города могут быть стартовыми для дальнейшего мониторинга содержания элементов в компонентах природной среды столицы Республики Тыва.

Материалы диссертации используются в учебном процессе Тувинского государственного университета при преподавании дисциплин: «Экология городской среды», «Промышленная экология» «Безопасность жизнедеятельности» и «Строительная экология».

Разработан способ прогнозирования и регистрации землетрясений (заявка на патент №20120106798 (010306), приоритет от 24.02. 2012 г.).

Защищаемые положения:

1. Объективная оценка эколого-геохимических условий возможна при использовании методов комплексного анализа состояния снегового и почвенного покровов, отражающего специфику природных (геоморфологических, климатических, метеорологических и др.) и техногенных факторов региона.

2. Полученные эколого-геохимические показатели позволили выявить пространственные и временные закономерности поступления поллютантов в компоненты экосистем из природных и техногенных источников.

3. Составленные карты-схемы по уровню загрязнения снегового и почвенного покровов и схема функционального зонирования территории позволили выявить зоны с различной техногенной нагрузкой на исследуемой территории.

Достоверность результатов исследований обеспечена статистически значимым количеством проб, проанализированных современными аналитическими и статистическими методами, а также глубиной проработки материала.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались на ежегодных научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и сотрудников Тувинского государственного университета (г. Кызыл, 2007, 2008, 2009, 2010); XII Международной научно-практической конференции «ГОРОДА РОССИИ: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (г. Пенза, 2011г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, из них 3 - в журналах из списка ВАК (2009, 2009, 2010), 1 - в журнале «Естественные и технические науки» (2007 г.); 1 - в журнале Вестник ТувГУ «Технические и физико-математические науки» (г. Кызыл, 2009 г.); 4 — в научных трудах Тувинского государственного университета, 1 - в сборнике статей XIII Международной научно-практической конференции (г. Пенза).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 156 страницах, содержит 56 таблиц, 27 рисунков, библиографию из 160 наименований, приложения - 4 на 19 страницах.

Благодарности. Автор выражает благодарность профессору, доктору геолого-минералогических наук A.B. Мананкову за научное руководство данной работы на разных этапах ее подготовки, а также зам. начальника АИЛ ФГУ ГСАС «Тувинская» Е.Д. Аюшиновой, зам. директора ЦЛАТИ по Красноярскому краю Т. А. Литвиненко и главному химику Н.В. Тяжельниковой за помощь в проведении анализов.

Глава I. Краткая физико-географическая и эколого-геохимическая характеристика г. Кызыла Республики Тыва 1.1. Природные условия города Кызыла

Город Кызыл расположен в Тувинской котловине в районе слияния рек Бий-Хем и Каа-Хем, образующих Улуг-Хем (рис. 1.1). Тувинская котловина и Тувинское нагорье расположены в центре Азии и характеризуются исключительной изоляцией. В пределах котловины отчетливо выражены черты монгольской природы - засушливый резко континентальный климат и степные ландшафты межгорных котловин[140].

Город Кызыл был основан в апреле 1914 года как административный центр Уранхайского края (бывшее название Тывы). Название города часто менялось: в 1914-1918 гг. город назывался Белоцарск, в 1918-1920 гг. - Хем-Белдири, название города (хем - река, белдири - место слияния) говорит о расположении города при слиянии рек Бий-Хем и Каа-Хем (Большого и Малого Енисея), в 1920-1926 гг. - Красный, а с 1926 г. - Кызыл [134]. Население города Кызыла составляет 110,0 тыс. чел.[102], площадь - 200 км [112].

Геологическое строение и рельеф. Тувинская физико-географическая область - часть гор южной Сибири, сформировалась в архейско-протерозойские и каледонскую складчатости. Слагающие ее протерозойские и нежнекембрийские отложения представлены сильно метаморфизированными сланцами, филлитами, мраморами, гнейсами и др. В межгорных котловинах развиты пестроцветные песчаники и угленосные толщи карбона, юрские песчано-глинистые сланцы, песчаники, алевролиты и др. В пределах Тувинской котловины вдоль предгорий развиты полого наклонные шлейфы, сложенные щебенчато-супесчаными отложениями. В центральной части котловины распространены делювиально-аллювиальные отложения. На песчаных террасах рек развиты эоловые осадки, навеянные господствующими ветрами [ 139,140].

ШЛИ' ЕЗ* ЧШ* (==15

Рисунок 1.1. - Орографическая схема Республики Тыва. Котловины: 1 - Центрально-Тувинская (1а - Хемчикская, 16 - Улуг-Хемская); 2 - Тоджинская; 3 -Убсунурская; 4 - Турано-Уюкская; 5 - Кызыл [108].

Абсолютные высоты в пределах широко вытянутой Тувинской котловины на исследуемом участке в районе г. Кызыла изменяются от 200 до 900 м. Она характеризуется чередованием мелкосопочного останцового и равнинного рельефа (рис. 1.2). Кайнозойские разломы в пределах Тувинской котловины в значительной степени обусловили черты современного рельефа. Молодые разломы происходили в основном по каледонским и декембрийским линиям и определяли направления главных речных долин -Каа-Хема, Бий-Хема, Улуг-Хема и др. [139].

Долины названных рек хорошо разработаны. В районе г. Кызыла выделяются три надпойменные террасы и пойма. Ширина пойм на исследуемом участке колеблется от 250 до 800 м, поверхность ее неровная, со следами блуждания русла.

Территория г. Кызыла приурочена к комплексу террас и современных пойм рек Верхний, Большой и Малый Енисей. Наиболее древней является III надпойменная терраса р. Енисей, широко развита по левобережью реки Енисей. Ширина сс достигает до 5 км, высота бровки террасы над уровнем воды 20-30 м. Ширина второй надпойменной террасы до 1,5 км, высота бровки над уровнем воды 12-30 м. Ширина первой надпойменной террасы изменяется от 250 м до 2,5 км, высота над уровнем воды составляет 3-5 м. Террасы и пойма реки сложены песками, супесями и глинами.

Климат. Характеристика климатических условий района исследования приводится но данным Кызылской метеостанции за многолетний период наблюдений.

Главными климатообразующими факторами Тувинской котловины являются: ее географическое положение в Центральной части Азиатского материка, обрамление котловины высокими горными массивами, удаленность от морей и океанов, а также атмосферно-циркуляционные процессы. Все эти факторы определяют резко выраженный континентальный

климат, характеризующийся продолжительной суровой малоснежной зимой и коротким сухим летом [107].

Для Тувинской котловины характерен ряд исключительных физико-географических явлений. Здесь находится центр ми�