Тяжелые металлы в депонирующих средах и прогнозная модель переноса примесей от стационарных техногенных источников

Девятова, Анна Юрьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Тяжелые металлы в депонирующих средах и прогнозная модель переноса примесей от стационарных техногенных источников
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы в депонирующих средах и прогнозная модель переноса примесей от стационарных техногенных источников"

На правах рукописи

□ОЗОБТБ13

ДЕВЯТОВА Анна Юрьевна

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ДЕПОНИРУЮЩИХ СРЕДАХ И ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕНОСА ПРИМЕСЕЙ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ (НА ПРИМЕРЕ г. НОВОСИБИРСКА)

25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск-2006

Работа выполнена в Институте геологии и минералогии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Бортникова Светлана Борисовна

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Мананков Анатолий Васильевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Аношин Геннадий Никитович

Ведущая организация

Томский Политехнический Университет

Защита диссертации состоится «3/ »

2007 г. в час. на

заседании диссертационного совета Д 212,265,02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете.

Адрес: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. Факс: 8 (3822) 418910 E-mail: anna@uiggm.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ТГАСУ

Автореферат разослан*?^ декабря 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Недавний О.И.

Введение

Актуальность работы. Оценка состояния и состава окружающей среды крупных промышленных городов - одна из наиболее актуальных проблем в науках о Земле на современном этапе, поскольку наличие вредных примесей в воде, почве, воздухе города напрямую отражается на здоровье населения. Выявление закономерностей формирования экологической обстановки города и оценка вклада отдельно взятого источника загрязнения среди множества является весьма сложной задачей, требующей комплексного подхода с применением химико-аналитических, статистических методов и математического моделирования.

Проблема экологического состояния г. Новосибирска исследовалась в работах Ильина, 1997, 2001; Рапуты, Шуваевой и др., 2002, 2003, Артамоновой и др., 2003. Выходят ежегодные доклады МПР России по Новосибирской области, мониторинг отдельных природных компонентов ведут Новосибирский Гидрометеоцентр, Комитет по земельным ресурсам НСО, Центр госэпиднадзора, МУП «Горводоканал», ЦСБС и институты СО РАН. В ИГМ СО РАН проблемами загрязнения р.Обь и почв Новосибирска занимаются ряд специалистов: Росляков H.A., Ковалев В.П., Сухоруков Ф.В., Щербаков Ю.Г., Щербов Б.Л., Маликова И.Н.

Остаются малоизученными некоторые природные компоненты в черте города, особенно на территории правобережья; основное внимание в ряде работ уделяется нефтепродуктам, тяжелым металлам, фосфатам, фторидам, фенолам, т. е. исследуется достаточно узкий круг элементов. В представленной работе впервые для широкого круга элементов в воде и донных осадках малых рек города, снеговом покрове, почвах показаны закономерности их распределения, выявлены аномальные зоны, показаны пути и закономерности миграции водным и аэрозольным механизмом.

Исследование проводилось при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 04-05-64076), Интеграционного проекта РАН № 16.6 и муниципального проекта «Оценка и прогноз гидрогеохимического состояния малых рек и почв г. Новосибирска», что подтверждает его актуальность.

Целью работы является установление геохимического состояния для территории г. Новосибирска, выявление участков с аномальными содержаниями техногенных компонентов, а также механизмов и путей миграции наиболее токсичных из них.

Основные задачи исследований, решаемые для достижения поставленной цели, представляли собой взаимосвязанные блоки, позволяющие получение адекватной картины состава природных компонентов Новосибирска.

1) Выявление уровня концентраций и распределения химических элементов в донных отложениях и водах малых рек г.Новосибирска.

2) Определение уровня загрязнения компонентов окружающей среды, выявление участков города с наиболее напряженной экологической ситуацией.

3) Оценка распределения химических элементов и полиароматических углеводородов в снеговом покрове, определение структуры и состава загрязнителей, поступающих на территорию города от локальных источников (теплоэлектроцентрали, промышленные предприятия).

4) Разработка программной оболочки для прогнозной оценки аэрозольного переноса вещества от точечного источника загрязнения на основе численного моделирования регрессионной зависимости, предложенной д.ф,-м.н. Рапутой В.Ф.

Фактический материал. В основу диссертационной работы положены результаты анализов 34 почвенных проб, 23 пробы воды и донных отложений и 67 снеговых проб, в общей сложности около 4000 элементоопределений, что является достаточным для статистической и геохимической оценки.

Методы исследований. Для исследований использовались методы анализа элементного (РФА-СИ, ИСП-АЕС) и анионного (титриметрические методы определения концентраций СГ, НС03", турбидиметрический метод определения ионов 8042") состава проб, методы жидкостной хроматографии, что обеспечило необходимую достоверность полученных результатов. В дополнение химико-аналитических методов, в результате которых для каждой точки вещество было проанализировано в общей сумме на 35 элементов и 15 полиароматических углеводородов, использовались методы электронной микроскопии, методы ГИС.

Научная новизна работы. Проведенные исследования позволили получить новые знания о геоэкологической ситуации г.Новосибирска:

• Выявлены основные загрязняющие компоненты в природных средах г. Новосибирска на основании изучения широкого круга тяжелых металлов, полиароматических и нефтянных углеводородов.

• Определена сравнительная подвижность макро- и микроэлементов в природных компонентах г.Новосибирска

• Установлен характер распределения загрязняющих примесей в атмосфере города по данным изучения снегового покрова как естественного планшета-накопителя. Разработана методика прогнозной оценки уровня загрязнения городских территорий на основе программного продукта

(>Утс111о5еСпс1) для численного моделирования пылеаэрозольного переноса вещества от стационарного источника. Защищаемые положения:

1. Природные аномалии в воде и донных осадках рек образуют Ре и Мп. Элементы РЬ, 14, Ав, ЛЬ формируют аномалии техногенного происхождения. По степени подвижности в системе «вода - донный осадок» элементы выстроены в ряд:

макроэлементы Ca>5r>Л/п>Fe>AГ>Гí

микроэлементы Лз>Сс1>Вг>Са>2п>РЬ>Си> Сг>И1ЖЪ >Тк >2г.

2. При аэрозольном переносе при отсутствии источников загрязнения основными формами нахождения Б!, А1, К, Ее, Мп, РЬ, V, Си является минеральная взвесь, а Ъ\, Сс1, А£, Вг, I, БЬ, Аэ, Бе - раствор. В зонах влияния ТЭЦ-2, 3, 5 и Оловокомбината долевое соотношение элементов во взвешенной и растворенной формах изменяются. В районах ТЭЦ в растворенной части преобладают Вг, Мо, Аб, Те, а в районе Новосибирского оловокомбината - К, Са, Бг, Хх\, Вг, I, Те.

3. Разработанная компьютерная технология численного моделирования аэрозольного переноса позволяет с достаточной адекватностью прогнозировать распространение минеральных и органических примесей от стационарных источников загрязнений на территорию промышленного города.

Практическая значимость состоит:

- в оценке геоэкологического состояния г. Новосибирска;

- дан ретроспективный анализ распространения вредных примесей на территорию города от источников их поступления; разработан программный продукт для прогноза распространения пылеаэрозольных частиц от стационарного источника;

- материалы диссертационной работы использованы при разработке рабочих программ, методических пособий в курсе «Компьютерные методы обработки геологических данных» для студентов ГГФ НГУ, а также при проведении практических работ по оценке длительного аэрозольного загрязнения территории г. Новосибирска в СибНИГМИ Росгидромет.

Личный вклад автора. Автор участвовал в отборе и пробоподготовке образцов, анализировал и интерпретировал полученную геохимическую информацию, разрабатывал базу данных и программное обеспечение для численного моделирования.

(Новосибирск, 2002), International Symposium Environmental Change in Central Asia (Berlin, 2003), Вторая Сибирская конференция пользователей ESRI&ERDAS (Новосибирск, 2003), Молодежная школа-конференция по геоэкологии (Санкт-Петербург, 2004), Международная конференция ENVIROMIS (Томск, 2004), Международная конференция и школа молодых ученых Cites (Новосибирск, 2005), Third International Conference Environmental Change in Central Asia (Ulaanbaatar, 2005), 4th International Symposium of the Kanazawa University, Young Researchers' Network «Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area» (Kanazawa, Japan, 2006).

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, и 9 тезисов докладов. Из них 3 работы опубликованы в рецензируемых журналах входящих в перечень ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, 4 глав и Заключения. Объем работы составляет 150 страниц, включая 30 таблиц и 48 рисунков. Список литературы состоит из 108 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору С.Б. Бортниковой за выбор направления исследований, внимание, помощь и ценные советы.

За помощь в понимании моделей атмосферного переноса примесей и участие в сборе фактического материала автор искренне благодарит сотрудника ИВМиМГ СО РАН д.ф.-м.н. В.Ф. Рапуту. Глубокую благодарность автор выражает A.A. Мартынову за личную и техническую поддержку и помощь при подготовке работы. Серьезную помощь при проведении полевых и химико-аналитических исследований оказали д.г.-м.н. A.C. Лапухов, к.б.н. С.Ю. Артамонова, Н.В. Юркевич, О.П. Саева, Л.Б. Трофимова, Ю.П. Колмогоров. Автор благодарит к.г.-м.н: И.Н. Маликову, H.H. Добрецова, И.Д. Зольникова, к.т.н. В.Н Дементьева, к.г.-м.н. С.К. Кривоногова. за советы и всестороннее обсуждение работы

Глава 1. Общая характеристика компонентов среды г. Новосибирска, основные виды и источники загрязнения, технологии обработки и сервиса геохимической информации

В первой главе диссертации рассматривается изученность района исследования, дана характеристика компонентов среды Новосибирска (физико-географические условия и климат, геолого-геоморфологичсская характеристика, геолого-геохимические характеристики компонентов окружающей среды), характеристика и виды источников загрязнения. Рассмотрены технологии обработки и сервиса геохимической информации.

Глава 2. Методология исследований

Вторая глава освещает методологию исследований: полевое опробование рек, почв и снегового покрова, аналитические методы определения элементного (РФА-СИ, ИСП-АЕС) и анионного состава проб, метода газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ), использование этих методик позволило охватить максимально возможный спектр компонентов (анионов, элементов и полиароматических углеводородов), для получения более подробных данных о загрязнении (табл. 1).

Таблица 1. Химико-аналитические методы исследования.

Объект Аналитический метод Тип пробы

Реки Потенциометрический метод (рН) Вода на месте отбора

Турбидиметрический метод определения ионов 8042" Нефильтрованный раствор

Титриметрический метод определения концентраций НС03"

Титриметрический метод определения концентраций СГ

ИСП-АЭС Истинный раствор, полученный путем фильтрования

РФА-СИ Донный осадок и остаток, полученный при выпаривании

Почвы РФА-СИ Просушенные и гомогенизированные образцы

Снег ИСП-АЭС, ГЖХ Истинный раствор, полученный путем фильтрования

РФА-СИ Взвесь с фильтра и сухой остаток

Помимо химико-аналитических методов, в результате которых для каждой точки вещество было проанализировано в общей сумме на 35 элементов, использовались методы электронной микроскопии для анализа аэрозольных частиц в снеговом покрове, статистические и математические методы для обработки полученных результатов, нахождения корреляции, а также для построения оценочных и прогнозных моделей, методы ГИС для обработки, визуализации и представления полученной информации.

Глава 3. Оценка загрязнения и выявления аномалий в малых реках

г. Новосибирска

Исследуемые реки слабоминерализованы, но некоторые из них содержат довольно высокое количество микроэлементов и тяжелых металлов. Наиболее высокая степень минерализации наблюдается в р.Иня -0.7 г/л, далее в порядке уменьшения идут: рр. Плющиха, Зырянка, Березовка, Ноздриха, Мосиха, Шмаковка и наименьшая минерализация наблюдается в р. Ельцовка. Во всех реках отмечено превышение ПДК по Бе и Мп. В реке Пня ион 8042" находится на пороге ПДК. В р. Ельцовка ПДК превышены, кроме того, по РЬ и И, в р. Иня и Плющиха - по "П, в рр. Ноздриха и Мосиха - по а в р. Ноздриха - по Аб.

Макрокомпонентный состав донных осадков довольно сходен во всех опробованных участках рек, содержания основных компонентов варьируют не сильно. Уровень содержаний тяжелых металлов (Хг\, Си, РЬ, Сс1) в донных осадках довольно высок, лишь небольшое количество точек показывает фоновый уровень. В микрокомпонентном составе рек отмечается высокий уровень содержаний микроэлементов: V, Сг, N1, ЯЬ, Бг, У, 7х, N1), Си, Хп, Сё, Бп, РЬ, Вг, I, во многих реках были выделены аномальные участки по Аб, Си, Тп, N1, Мо и ряду других элементов. Наиболее загрязнены донные осадки в реке Верхняя Ельцовка (рис. 1).

Установленная картина геохимического состояния малых рек показывает серьезный уровень их загрязнения по целому комплексу металлов, причем как воды, так и донных осадков. В связи с полученными результатами был проведен анализ подвижности всех проанализированных элементов на основе закономерностей их распределения между твердой фазой (донными осадками) и раствором (воды реки).

Для каждой из изученных рек, были рассчитаны коэффициенты распределения (Те5з1ег е1 а1., 1989), которые позволили оценить подвижности элементов: Кра(;Пр = ^(Метв/Мевода).

Суммарно во всех реках весьма подвижными являются Са, Бг и микроэлементы Аб, Вг, I, радиоактивные металлы и, ТЬ в части рек также входят в группу весьма подвижных. К подвижным элементам относятся Ре, Мп и Сс1, Ъх\, Си, РЬ, Сг, Бп, БЬ, N1. Наиболее инертными элементами в системах изученных рек являются К, Т1 из макрокомпонентов и Шэ, Ък из микрокомпонентов. Инертное поведение последней группы элементов можно объяснить биологической активностью К, ЯЬ, Ъх, склонностью сорбироваться на высокодисперсных частицах почв и задерживаться растениями в процессе их питания и роста. Кроме того, Ъх, так же, как и "П в

природных подах может находиться в виде взвеси различных комплексных соединений и коллоидных частиц.

Условные обозначения

[__]09ь Реки

- Ж ел^зная дарогэ

М( - превышение пдк в речной воде

. превышение кларковыа соде^аиий е донны* осэдгаи.

Рис. I. Схема загрязнения малых рек (воды и донных отложений) Новосибирска

Гласа 4. Исследование пылеаэраШадышх выпадений в снеговом покрове и модели аэрозольного переноса Основные источники атмосферного загрязнения г. Новосибирска, помимо транспортных выхлопов, - это предприятия теплоэнергетики и промышленные предприятия. Снеговые пробы отбирались в районах ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-5 и I ¡овосибирского Олово комбината (НОК), для фоновой оценки было отобрано 11 проб в районе Кольцове» и в ЦБС СО РАН.

Максимальное количество элементов, превышающих фон. обнаружено п районе НОК, далее идет ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 (табл. 2). В районе ТЭЦ-5 значительных превышений не наблюдается, это объясняется несколькими факторами. Во-первых, ТЭЦ-2 и 3 строились в 30-40-х годах прошлого века, в то время как последний блок ТЭЦ-5 был сдан в 2004 году, т.е. на ней установлено более технологичное и новое оборудование. Но с другой

стороны, высота трубы ТЭЦ-5 в 2.5 раза выше, чем у ТЭЦ-2 и 3, т.е. аэрозольные выбросы разносятся на более дальние расстояния, и загрязнение происходит на большей площади, с меньшими концентрациями Различия в химическом составе выбросов связаны с различными типами топлива, ТЭЦ-2 и 3 используют кузнецкие угли, а ТЭЦ-5 - преимущественно мазут, что подтверждается высокими концентрациями брома в её выбросах.

Таблица 2. Преобладающие элементы в снеговых пробах в районах

источников загрязнения

Источники Фильтрат Взвесь

ТЭЦ-2,3 БЬ, и, ве, Бп, №> БЬ, ве, Бп, Вг, С<1

ТЭЦ-5 и, ЫЪ, ТЬ, Мо, Бе, V, ве Вг, Бе, Мо, I, БЬ, Бг

НОК Бп, Аэ, Сд, Со, Бе, и, гп, БЬ Бп, Аб, Бе, С(1, БЬ, ве, Ъп

Основными элементами загрязнения почвы, по данным В.Б. Ильина и А.И. Сысо, в районе ТЭЦ-2,3 являются Хп, Си, 2л, Мо, а в районе НОК Бп, Аб, В1, Си, 2п, С<1 (Ильин, Сысо, 2001). В снеговом покрове ТЭЦ-2, 3 перечисленные элементы также имеют повышенные содержания (в 3-6 раз превышают среднефоновые значения), но максимальные концентрации наблюдаются у БЬ, ве, и, №>, Вг, Сс1. В районе НОК основные элементы загрязнители почвенного и снегового покрова практически совпадают, различия составляют В1, содержания которого были ниже предела обнаружения в снеговых пробах и Бе, Со, БЬ, ве, и - не анализировавшиеся в почвах. Таким образом, изучение снегового покрова позволило расширить группу элементов преобладающих в выбросах различных источников загрязнения.

Из проанализированных полиароматических углеводородов (ПАУ) в выбросах ТЭЦ преобладают флуорен, фенантрен, флуорантен, пирен (300100 нг/л), наиболее опасным из ПАУ является бенз(а)пирен - канцерогенное вещество, вызывающее генные мутации, раковые и другие заболевания. Он образуется при неполном сгорании топлива и используется в качестве трассера техногенного загрязнения (Рапута, 2002). Наибольшие концентрации бенз(а)пирена и других ПАУ в снеговом покрове были зафиксированы в районе ТЭЦ-3, в районе ТЭЦ-5 концентрации ПАУ, так же как и микроэлементов, в среднем в 2 раза ниже, чем в районе ТЭЦ-3, но в

связи с использованием мазута в выбросах ТЭЦ-5 преобладает содержание нефтяных углеводородов.

Взвешенные частицы в снеговом покрове, выпавшие от разных источумков, отличаются как по химическому составу, так и по морфологии (рис. 2), что было установлено при изучении взвеси с фильтра.

В аэрозольных выбросах олово комбината преобладают алюмосиликаты, кварцевые частицы, очень часто встречаются микрокристаллы касситерита, олово- и мышьяк-содержащие частицы, их средний размер 30-40 ¡лш (рис. 2а). Отличительной особенностью является наличие хорошо ограненных кристаллов, которые содержались в исходном сырье. В аэрозольных выбросах ТЭЦ-3 встречаются карбонатные и силикатные частицы, средний размер частиц меньше чем в выбросах НОК, он составляет 15-20 цт (рис. 26).

а б

Рис.2. Частицы аэрозоля обнаруженные в районах источников загрязнения

Для снеговых проб фонового района характерны повышенные содержания в фильтрате но сравнению со взвесыо К., N8, Са, 5г, ЯЬ, Мп, Лg, Сё, ЙЬ, А$, В г, 1, Те, т.е. элементов с хорошей растворимостью и подвижностью. Однако поведение элементов в снеговом покрове вблизи различных источников загрязнения меняется. Например, в районах теплоэлектроцентралей К, |г, КЬ, Мп, 5Ь. 1 переходят в раствор хуже, даже их абсолютные содержания ниже по сравнению с фоновыми, в истинном растворе преобладают лишь Аз, В г. Те и Мо.

Построение математической модели аэрозольного переноса от точечного источника

Для прогноза распространения примесей применялось решение обратной задачи оценки аэрозольного переноса, предложенное В.Ф. Рапутой (2002-2006), позволяющее параметры, которые невозможно измерить (турбулентность, скорости осаждения частиц и т.п.) агрегировать в отдельный параметр © и построить функцию распределения пылеаэрозольного вещества от точечного источника по минимальному количеству точек. В нашем случае источники загрязнения — это трубы ТЭЦ-2, 3 и Оловокомбината. Оценка вектора неизвестных параметров © = (©,, 02) проводится с помощью натурных измерений содержания

загрязняющих веществ в снеговом покрове. Для оценивания длительного (месяц, сезон, год) загрязнения местности от точечного источника по данным наблюдений была предложена и апробирована следующая регрессионная зависимость (Рапута и др, 1997):

/(г,©1,02)=©1г®2 ехр(-с/г), (1)

где г - расстояние от источника загрязнения, а с - величина, зависящая от высоты источника, температуры и объема выбрасываемой газо-воздушной примеси и скорости ветра, величина с может быть рассчитана предварительно с учетом соотношения: с = 2гтах

Или найдена по результатам наблюдений приземного поля концентрации для слабо оседающей примеси, где гтах - точка максимальной приземной концентрации для невесомой примеси. Противном случае, величину С следует отнести к числу оцениваемых параметров модели.

Регрессионная зависимость (1) верна для двумерного случая, когда точки опробования лежат на одном векторе вместе с источником загрязнения. Для того чтобы рассчитать площадное выпадение аэрозольной примеси, необходимо учитывать розу ветров для приземного атмосферного слоя.

р(г,<р,Щ = ё{(р +180°) /(г,0,,@2), (2)

где р - удельное содержание примеси в снеге (почве, воздухе); г, <р-полярные координаты расчетной точки с началом в месте расположения источника; g{<p) - климатическая повторяемость направлений ветра для

рассматриваемого промежутка времени; © = (©1;02) - вектор неизвестных

параметров.

Оптимизация системы наблюдений для построения модели Любое измерение всегда имеет погрешность - г, которая будет понижать точность модели, но систему опробования можно выстроить таким образом, что погрешность измерения будет незначительно влиять на численную модель. Для функции (1) локально-оптимальный план измерений для двух опорных точек соответствует:

*(©2) =

=~Гт.

а = Р2=-

(3)

где гтах - расстояние, на котором происходят максимальные выпадения. Оптимальные расстояния отбора опорных точек, при которых погрешности аналитических методов будут в наименьшей мере влиять на реконструкцию аэрозольных выпадений - 0,5 гтах и 1,5 гтах. Величина гтах оценивалась по стандартным методикам (Берлянд, 1985), она зависит от высоты трубы и средней скорости ветра в приземном слое атмосферы.

Для численного моделирования предложенной регрессионной зависимости брались 2 опорные точки, лежащие на расстоянии от источника г, и г2 (рис. 3.) с измеренными концентрациями элементов в них, остальные точки служили в качестве контрольных для проверки работы модели. Подставляя измеренные значения в модель, мы получаем функцию распределения (рис. 4.) примесей по радиус-вектору опорных точек, который отклоняется от оси х на угол (р.

Рис. 3. Расположение опорных точек относительно источника

Рис. 4. Функция распространения мышьяка в районе Оловокомбината

Для численного построения площадной модели аэрозольного переноса автором было разработано программное обеспечение WindRoseGrid. которое более подробно описано в 5 главе.

Реконструкция распространения элементов вблизи различных источников загрязнения

На рисунке 5 показана оценка уровня загрязнения мышьяком снегового покрова вблизи Оловокомбината. Приоритетные направления среднегодовой розы ветров в приземном слое атмосферы района Новосибирска 10. ЮЗ и IOB, т.е. основной снос идет в С, СВ и СЗ направлениях. Согласно построенной модели зона с минимальным выпадением аэрозолей ограничивается радиусом в - 400 м вокруг трубы ПОК. Далее в ближней зоне начинается резкий рост аэрозольного загрязнения, где максимум приходится па 1-1.5 км от трубы - в Бугринской роще и примыкающих к ней дачных участках. В этом районе максимальные концентрации в снеговом покрове достигают (мг/л): As - 160, Sb - 152, Sn -66, Pb - 40, Cd -20.

Рис. 5. Восстановленные концентрации мышьяка а районе Оловокомбината

Загрязнение от ТЭЦ-2 распространяется на частный сектор левобережья Оби и на жилой Железнодорожный район правобережной части города (рис. 6). Максимум выпадений приходится на частный сектор в Ленинском

районе города. В меньшей степени идет загрязнение жилой зоны Ленинского района, расположенной на ЮЗ от источника.

Условные обозначения Восстановленные поля выпадения Ее

ИТ

; ; 0 - СЛ' ¡ои . ОР:

Г™ й.ОЗ - ооэ ■оиш рддол* ор5 Яйад-ОПЕ

ооо

ЯИ0-00"0^

ЯМ ' о I'

Рис. 6. Восстановленные концентрации стронция в районе ТЭЦ-2

Условные обозначения

TSU-3

Вое с та но еле иные поля выпадения Ü'

riT

Ü-U.ÜOC

ад» api

Ш D.s'-? ■ MCI ¡|p:: 1Г-4 ■ ода

Hil и,Ц úíb

¡ЯП|К »pe

Рис. 7. Восстановленные концентраций стронция в районе ТЭЦ-3

Максимальные выпадения от ТЭЦ-3 также приходятся на частный сектор Ленинского района города (рис. 7). В меньшей степени идет загрязнение жилой зоны Ленинского района, расположенной на ЮЗ от источника. Вынос техногенных примесей от ТЭЦ-3 на правобережную часть города практически не осущес твляется.

Высота трубы ТЭЦ-5 (260 м) обуславливает ярко выраженную дифференциацию выпадающих частиц, в связи с этим удалось проследить ближнюю и дальнюю зоны выпадения п ылеаэрозол ь н о го вещества (рис. 8). В ближней зоне оседают более тяжелые частицы. а в дальней более легкие. Загрязнение от ТЭЦ-5 Макроэлементами (Вг, Ке, Мо, и, N11. ТЬ), а также рядом Полиароматических углеводородов приходится на Октябрьский и Первомайский районы города, однако максимум выпадений находится за пределами городской черты.

Рис. Я. Восстановленные концентрации бенз(а)пирена а районе ТЭЦ-5

I [икл проведенных работ представляет основу для комплексной системы мониторинга снегового покрова в окрестностях техногенных

источников. Он включает такие элементы системы как проведение измерений с использованием математических методов планирования маршрутных снегосъемок, различных методов химического анализа, численное моделирование и реконструкцию полей выпадений аэрозольных частиц.

Глава 5. Информационные технологии в геохимических исследованиях окружающей среды г. Новосибирска

Для численного моделирования регрессионной зависимости было разработано программное обеспечение \УшсИ1о5еОпс1. Данное программное обеспечение позволяет рассчитывать двумерную прогнозную модель распространения примесей от точечного источника на удаленные расстояния, строить регулярную сетку и рассчитывать концентрацию элементов в каждом узле сетки с учетом всех заданных параметров.

По заданным параметрам ячеек и площади покрытия рассчитывается координаты ячеек сетки (х, у). Для каждой ячейки рассчитываются параметры угла и кратчайшего расстояния до точки источника (г и ср). Далее мы строим функцию распределения по 2-м опорным точкам, используя введенные параметры: с - параметр пропорциональный высоте трубы; ср -угол на котором лежат опорные точки; параметры q1,q2 - содержания того или иного элемента в этих точках опробования; г, ,г2 - расстояние до источника загрязнения (для вычисления точных координат трубы источника, мы использовали геопривязанные космоснимки).

И завершающий шаг - создание площадной модели пылеаэрозольного переноса на основе функции распределения примесей и розы ветров в приземном слое атмосферы характерной для данной местности. Данные о розе ветров брались из справочной информации СибНИГМИ Росгидромета. Таким образом, на выходе мы получаем координаты каждой ячейки: х, у и величины концентрации элементов в них - ъ. Полученная регулярная сетка с тремя координатами визуализировалась в программном пакете АгсСГЯ. Требуемая функциональность реализована с помощью объектов представленных на иМЬ1 -диаграмме (рис. 9).

'UML (Unified Modeling Language - унифицированный язык моделирования). В разработке программного обеспечения это отраслевой стандарт визуального языка моделирования 3-го поколения, который служит в основном для моделирования программных систем.

cd WlndRoseGrid

Рис. 9. UML-диаграмма взаимосвязей объектов в программном обеспечении

WindRoseGrid

Все параметры для модели сохраняются в файл в формате XML, его пример приведен ниже:

<Grid>

</Grid>

Результаты расчетов могут быть сохранены в формате CSV или непосредственно переданы в MS Excel, для сохранения в форматах для

последующей визуализации. Программа имеет пользовательскую интерфейсную оболочку (рис. 10).

„-Jsj^J

-2000 -1989,97 -2СЮ0) -1979,95 -2000* -1969,93 -2000 -1959,91 -2000^ -1949,89 -2000* -1939,87 -2000* -1923,85 -2000 -1919,83 -2000_ -1909,81 -2000* -1899,79 -2000 -1689,77 -2000^ -1879,75 -2000* -1869,73 -2000 -1859,71 -2000^ -1849,69 -2000* -1839,67 -2000* -1829,65 -2000 -1819,63 -2000 -1809,61

Wind rose

NE NW*

Grid----

Xmin [ Ymm'

02 4,49911127 -

R2. a-

27 -S 23-1 17 »|

S SE*

sw"

5 2 '

9 »|

-2000 Xmox | -20X1 - УшохГ

w'f

Nx Ny'

JPJjsJ

4CCO -0 •

5001, 500 -

Cancel

Рис. 10 Интерфейсная оболочка программного обеспечения УУтс1Ко.<;еОг1с1.

Основные результаты и выводы

1. Для депонирующих компонентов природной среды Новосибирска, таких как почва, донный осадок и вода малых рек, характерно повсеместное повышенное содержание Ре и Мп. На некоторых участках города отмечено превышение предельно допустимых значений по ряду элементов - Аз, N1, И, РЬ.

2. Изучение снегового покрова как естественного планшета-накопителя позволило установить, что в аэрозольных выбросах ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 преобладают БЬ, ве, N1, ЫЬ, V, Сг, П, Бе, и, флуорен, фенантрен, флуорантен, пирен, а в выбросах ТЭЦ-5 - Вг, Бе, Мо, I, N1?, и, ТЬ, нафталин, флуорен, фенантрен, флуорантен, пирен, нефтяные углеводороды. Выбросы Оловокомбината имеют максимальную, концентрацию загрязняющих веществ среди рассмотренных предприятий Бп, Аб, Бе, С6, БЬ, Бе, Со, ве, и.

3. Разработана технология геоэкологического мониторинга на основе решения обратной задачи переноса примесей. Построены численные модели

восстановления полей выпадений пылеаэрозольных частиц по данным наблюдений и мощности источников для ряда предприятий (ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-5, Новосибирский Оловокомбинат).

4. Для вышеперечисленных предприятий построены локально-оптимальные планы расположения точек опробования с учетом ряда параметров, таких как высота источника, характеристики дисперсного состава пылеаэрозольных выпадений, с учетом ограничений на размещение точек опробования и среднегодовой розы ветров, характерной для приземного слоя атмосферы г. Новосибирска.

Список основных публикаций по теме диссертации:

Статьи

1. Девятова А.Ю. Сравнительный анализ технологий для обработки, хранения и публикации различных типов геологической информации.// География и природные ресурсы, 2005, № 01, с. 97-102

2. Девятова А.Ю. Представление геологических данных с помощью информационных технологий.// Вычислительные технологии, 2005, том 10, часть 2, с. 32-39

3. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В., Девятова А.Ю.. Современное состояние загрязнения радиоцезием почв Алтайского края. // Сибирский экологич. журнал, 2005, №6, с. 999-1011

Учебное пособие

Дементьев В.Н., Девятова А.Ю., Суткина Е.П. Геоинформационное обеспечение геологического картирования на учебном полигоне Шира. Новосибирск, НГУ, 2006,44с.

Тезисы докладов.

1. Devyatova A.Y., Ozereleva N. V. Estimation of geochemical situation in Novosibirsk city // Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды «ENVIROMIS 2006», Томск, 2006г, с 108-109.

2. Девятова А.Ю., Кабанник В.Г. Информационная система по радионуклидам и тяжелым металлам Алтая // Труды Третьей интеграционной междисциплинарной конференции молодых ученых СО РАН и высшей школы, Иркутск, 2005, Том 1, с 85-88.

3. Девятова А.Ю., Жданова А. Моделирование поступления осадочного вещества в озеро Хубсугул, Северная Монголия // Пятая межвузовская молодежная научная конференция "Школа экологической геологии и рационального недропользования", СПбГУ, 2004, с.215

4. Zolnikov I.D., Krivonogov S.K., Balandis V.A., Devyatova A.Y. Using of GIS technologies for creation of regional data banks, providing ecogeolgical scientific researches // International Symposium Environmental Change in Central Asia - Climate - Geodynamics - Evolution - Human Impact. March 10-15, Berlin, 2003, 140-141.

5. Зольников И.Д., Кривоногое С.К., Баландис В.А., Девятова А.Ю. Использование ГИС-технологий для создания региональных банков данных, обеспечивающих НИР по экологии // Тезисы Второй Сибирской конференции пользователей программных продуктов ESRI и ERDAS. Новосибирск: Дата Ист. 2003 г. CD-ROM

6. Devyatova A.Y., Zhdanova A., Krivonogov S., Solotchina E. GIS model of the sediments transportation into the Hovsgol Lake, Northen Mongolia // 32nd Int. Geol. Congr., 2004, Abs.Vol., pt.l, 61-19, p. 305.

7. Девятова А.Ю., Кривоногое С.К. Сравнительный анализ подходов к обеспечению сервиса разных типов геологической информации // Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды «ENVIROMIS 2004», Томск, 16 - 25 июля 2004г, с 52.

8. Девятова А.Ю. Представление геологических данных с помощью информационных технологий // Международная конференция и школа молодых ученых по вычислительным технологиям для наук об окружающей среде «Cites 2005», Новосибирск, 2005, с 48-49

9. Devyatova A.Y. Databases and Internet services for the Environmental Sciences projects: overview and local solutions // Young Researchers' Network «Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area», Japan, Kanazawa, 2006, p. 23-25

Технический редактор О.М.Вараксина Подписано к печати 15.12.2006 Формат 60x84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме. Офсетная печать Печ. л. 1,2. тираж 100. Заказ №406 НП АИ «Гео». 630090, Новосибирск, пр. Ак.Коптюга, 3

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Девятова, Анна Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Общая характеристика компонентов среды г. Новосибирска.

1.1.1. Физико-географические условия и климат.

1.1.2 Геолого-геоморфологическая характеристика Новосибирска.

1.1.3. Водные ресурсы г. Новосибирска.

1.1.4. Почвенный покров г. Новосибирска.

1.1.5. Атмосфера г. Новосибирска.

1.2. Характеристика источников загрязнения и их виды.

1.2.1. Транспорт.

1.2.2. Предприятия теплоэнергетики и ЖКХ.

1.2.3. Промышленные предприятия.

1.3. Технологии обработки и сервиса геологической информации.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Полевые исследования.

2.1.1. Пробоотбор воды и донного осадка.

2.1.2. Пробоотбор почвы.

2.1.3. Пробоотбор снега.

2.2. Лабораторные исследования.

2.2.1. Потенциометрический метод определения значенийрН.

2.2.2. Анализ микроэлементного состава твердого вещества методом рентгено-флуоресцентным анализа с синхротронньш излучением (РФА-СН).

2.2.3. Анализ микроэлементного состава методом атомио-эмиссионной спектрометрии с индуктивно- связанной плазмой (НСП-АЭС).

2.2.4. Анализ основных анионов.

2.2.5. Анализ органических примесей методом газожидкостной хроматографии.

2.3. Теоретическая часть.

2.3.1. Методы математического моделирования для интерпретации данных загрязнения снегового покрова.

2.3.2. Методы ГНС для геохимического картирования.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ВЫЯВЛЕНИЕ АНОМАЛИЙ В МАЛЫХ РЕКАХ И ПОЧВАХ Г. НОВОСИБИРСК.

3.1. Состав воды рек и донных осадков.

3.1.1. Описание воды рек.

3.1.2. Донные осадки.

3.1.3. Коэффициенты распределения в системе вода - донный осадок.

3.1.4. Корреляционный анализ геохимического состава речной воды.

3.2. Состав почвенного покрова.

Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЫЛЕАЭРОЗОЛЬНЫХ ВЫПАДЕНИЙ В СНЕГОВОМ ПОКРОВЕ И МОДЕЛИ АЭРОЗОЛЬНОГО ПЕРЕНОСА.

4.1. Состав снегового покрова в районах с различными источниками загрязнения.

4.1.1. Оценка степени загрязнения от конкретного источника.

4.1.2. Соотношение взвесь -раствор.

4.1.2. Морфология пылеаэрозольных частиц.

4.1.3. Загрязнение снегового покрова полиароматическими углеводородами.

4.2. Реконструкция полей выпадений элементов относительно точечных источников загрязнения.

4.2.1. Модель атмосферного переноса примесей.

4.2.2. Оптимизация системы наблюдений для построения модели.

4.2.3. Численное моделирование.

4.2.4. Реконструкция полей выпадения аэрозолей вблизи Новосибирского оловокомбината.

4.2.5. Реконструкция полей выпадения аэрозолей вблизи ТЭЦ-2.

4.2.6. Реконструкция полей выпадения аэрозолей вблизи ТЭЦ-3.

4.2.7. Реконструкция полей выпадения аэрозолей вблизи ТЭЦ-5.

Выводы.

ГЛАВА 5. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Г.НОВОСИБИРСКА.

5.1. Разработка программного обеспечения WindRoseGrid для моделирования атмосферного переноса от точечного источника.

5.2. Информационная система по геохимическим исследованиям окружающей среды г.Новосибирска.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Тяжелые металлы в депонирующих средах и прогнозная модель переноса примесей от стационарных техногенных источников"

Проблема экологического состояния г. Новосибирска исследовалась в работах Ильина, 1997, 2001; Рапуты, Шуваевой и др., 2002, 2003, Артамоновой и др., 2003. Выходят ежегодные доклады МПР России по Новосибирской области, мониторинг отдельных природных компонентов ведут Новосибирский Гидрометеоцентр, Комитет по земельным ресурсам НСО, Центр госэпиднадзора, МУП «Горводоканал», ЦСБС и институты СО РАН. В ИГМ СО РАН проблемами загрязнения р.Обь и почв Новосибирска занимаются ряд специалистов: Росляков Н.А., Ковалев В.П., Сухоруков Ф.В., Щербаков Ю.Г., Аношин Г.Н., Щербов Б.Л., Маликова И.Н.

Остаются малоизученными некоторые природные компоненты в черте города, особенно на территории правобережья; основное внимание в ряде работ уделяется нефтепродуктам, тяжелым металлам, фосфатам, фторидам, фенолам, т. е. исследуется достаточно узкий круг элементов. В представленной работе впервые показаны закономерности распределения широкого круга элементов в воде и донных осадках малых рек города, снеговом покрове и почвах; выявлены аномальные зоны, механизмы миграции водным и аэрозольным путем.

В представленном исследовании расширен спектр элементов, определяемых в воздухе, почвах, речной воде и донных осадках в него включены токсичные и особо токсичные элементы: Pb, Ni, Cr, V, Те, As, Se, Br, I.

Исследование проводилось при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 04-0564076), Интеграционного проекта РАН № 16.6 и муниципального проекта «Оценка и прогноз гидрогеохимического состояния малых рек и почв г. Новосибирска», что подтверждает его актуальность.

Основной целью является установление геохимического состояния для территории г. Новосибирска, выявление участков с аномальными содержаниями техногенных компонентов, а также механизмов и путей миграции наиболее токсичных из них.

1) Выявление уровня концентраций и распределения химических элементов в дойных отложениях и водах малых рек г.Новосибирска.

Методы исследований. Для исследований использовались методы анализа элементного и анионного состава проб. Эти анализы проводились с целью определения общих характеристик пробы и включали в себя: потенциометрический метод измерения значений рН и Eh в воде и снеге; анализ РФА-СИ для определения состава твердого вещества (почвы, донных осадков и сухого остатка, полученного при выпаривании водных проб); анализ ИСП-АЭС для определения состава вод малых рек и снегового покрова; анализы для определения содержания хлорид-, гидрокарбонат- и сульфат-анионов в водных пробах. Метод газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) использовался для анализа полиароматических углеводородов (ПАУ) в снеговых пробах.

Помимо химико-аналитических методов, в результате которых для каждой точки вещество было проанализировано в общей сумме на 35 элементов, использовались методы: электронной микроскопии - для анализа аэрозольных частиц в снеговом покрове; статистические и математические методы - для обработки полученных результатов, нахождения корреляции, коэффициентов распределения, а также для построения оценочных и прогнозных моделей; методы ГИС - для обработки, визуализации и представления полученной информации.

• Выявлены основные загрязняющие компоненты в природных средах г. Новосибирска на основании изучения широкого круга тяжелых металлов, полиароматических и пефтянных углеводородов.

• Определена сравнительная подвижность макро- и микроэлементов в природных средах г. Новосибирска

Защищаемые положения:

1. Природные аномалии в воде и донных осадках рек образуют железо, марганец; Элементы Pb, Ti, As, Ni, Rb формируют аномалии техногенного происхождения. По степени подвижности элементы выстроены в ряд:

• макроэлементы Ca>Sr>Mn>Fe>K>Ti

• микроэлементы As>Cd>Br>Ga>Zn>Pb>Cu >Y>Cr>Ni>Th >Rb>Zr

2. При аэрозольном переносе при отсутствии источников загрязнения основными формами нахождения Si, А1, К, Fe, Mn, Pb, V, Ni, Си является минеральная взвесь, а Zn, Cd, Ag, Br, I, Sb, As, Se - раствор. В зонах влияния ТЭЦ-2, 3, 5 и Оловокомбината долевое соотношение элементов во взвешенной и растворенной формах изменяются. В районах ТЭЦ в растворенной части преобладают Br, Mo, As, Те, а в районе Новосибирского оловокомбината - К, Са, Sr, Zn, Br, I, Те.

Практическая значимость состоит в том что:

- проведена оценка геоэкологического состояния г. Новосибирска;

- дан ретроспективный анализ распространения вредных примесей на территорию города от источников их поступления;

- разработан программный продукт для прогноза распространения пылеаэрозольных частиц от стационарного источника;

Апробация работы. Основные результаты работы по теме диссертации были доложены и обсуждены на международных и молодежных конференциях: Сибирская конференция молодых ученых по Наукам о Земле (Новосибирск, 2002), International Symposium Environmental Change in Central Asia (Berlin, 2003), Вторая Сибирская конференция пользователей ESRI&ERDAS (Новосибирск, 2003), Молодежная школа-конференция по геоэкологии (Санкт-Петербург, 2004), Международная конференция ENVIROMIS (Томск, 2004), Вторая Сибирская конференция молодых ученых по Наукам о Земле (Новосибирск, 2004), Международная конференция и школа молодых ученых Cites (Новосибирск, 2005), Third International Conference Environmental Change in Central Asia (Ulaanbaatar, 2005), 4th International Symposium of the Kanazawa University, Young Researchers' Network «Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area» (Kanazawa, Japan, 2006).

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 17 тезисов докладов.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Девятова, Анна Юрьевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Исследования, проведенные при написании диссертационной работы, позволили сформулировать несколько результатов.

Отработана методология комплексного исследования территории города, включая малые реки, почвы, снеговой покров. Исследования широкого круга элементов, впервые проведенное для малых рек г. Новосибирск, позволило установить геохимические связи макро- и микроэлементов в воде, донных осадках, почвах и сделать выводы о характере привноса токсикантов в окружающую среду города.

Стабильно во всех проанализированных речных пробах определено превышение ПДК по Fe и Мп. В р. Ельцовка и Плющиха ПДК превышены, кроме того, по Pb и Ti, в р. Иня- по Ti, в pp. Ноздриха и Мосиха - по Ni, а в рр.Зырянка, Ельцовка, Ноздриха - по As.

В макрокомпонентном составе донных осадков элементы расположились в ряд в порядке убывания Са > Fe > К > Ti > Мп. В микрокомпонентном составе рек отмечается высокий уровень содержаний многих микроэлементов (V, Cr, Ni, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cu, Zn, Cd, Sn, Pb, Br, I), во многих реках были выделены аномальные участки по As, а также Cu, Zn, Ni, Mo и ряду других элементов. Наиболее загрязнены донные осадки в реке Ельцовка - 2.

В опробованных реках весьма подвижными являются макрокомпоненты Са, Sr и микроэлементы As, Br, I, U. К подвижным элементам относятся макрокомпоненты Fe, Мп и микро Cd, Zn, Cu, Pb, Cr, Sn, Sb, Ni. Наиболее инертными элементами в системах изученных рек являются К, Ti из макрокомпонентов и Rb, Zr, Ag из микрокомпонентов.

Инертное поведение последней группы элементов объясняется следующим образом. К и Rb не смотря на свои физические свойства, плохо подвижны, это обусловлено, главным образом, их биологической активностью и склонностью сорбироваться на высокодисперсных частицах почв и задерживаться растениями в процессе их питания и роста. Ti и Zr в природных водах находятся в виде различных комплексных соединений и коллоидных частиц, которые находятся в воде, преимущественно, в виде взвеси. Ag сам по себе очень инертный метал, имеющий слабые миграционное способности.

Почвы в районе исследуемых малых рек загрязнены элементами As, Ni, Cu, Zn, Cd, Те, Br, Sb, Th, U, Sn, Ag, Pb. Воды и донные осадки загрязнены те ми же самыми элементами, что свидетельствует о комплексном характере загрязнения многих компонентов природной среды. Причем такие элементы как: As, Sn, Sb, Cd, Se, Те, Ag, имеющие повышенные концентрации как в реках, так и почвах г.Новосибирска характерны для выбросов Оловокомбината.

В аэрозольных выбросах Оловокомбината в основном преобладают КПШ, алюмосиликаты, кварцевые частицы, очень часто встречаются микрокристаллы касситерита, олово и мышьяк содержащие частицы, средний размер частиц 30-40 |im. В аэрозольных выбросах ТЭЦ-3 преобладают карбонатные и силикатные частицы, средний размер частиц меньше чем в выбросах НОК, он составляет 15-20 jxm. Отличительной особенностью аэрозольных выпадений района НОК является наличие хорошо ограненных кристаллов, которые по видимому содержались в исходном сырье.

Выбросы ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3. практически идентичны по химическому составу, это связано с оборудованием и используемым сырьем на данных предприятиях. Основными элементами загрязнителями для них являются: Sb,Ge, Ni, Nb, V, Cr, Ti, Se, U, Th. Высота трубы ТЭЦ-5 в 2.5 раза больше, чем у ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3. поэтому эрозольные выбросы разносятся на более дальние расстояния и загрязнение происходит на большей площади, с меньшими концентрациями. Элементы, преобладающие в выбросах Nb, Mo, Fe, Sr, Th, U, Se, Br, I. Выбросы НОК имеют максимальную, концентрацию загрязняющих веществ среди рассмотренных предприятий и представлены Sn, As, Se, Cd, Sb.

Численный анализ данных мониторинга снегового покрова в окрестностях техногенных источников различной структуры показывает существование достаточно простых закономерностей формирования полей длительного загрязнения местности. Процедура агрегирования неизвестных параметров существенно повышает эффективность решения обратных задач переноса примесей. По небольшому числу точек измерения и с учетом весьма ограниченной входной информации показана возможность построения количественных моделей длительного аэрозольного загрязнения местности конкретными источниками и городскими территориями.

На основе постановок обратных задач переноса примесей в приземном и пограничном слоях атмосферы и данных наблюдений было проведено восстановление полей выпадений в снеговой покров пыли, макро- и микрокомпонентов. Сопоставление рассчитанных значений концентраций с измерениями в контрольных точках, показало их удовлетворительное согласие.

Разработанная структура базы данных, интерфейса и поисковых модулей, а также использование ГИС технологий для геохимического картирования позволили автоматизировать процесс работы с геохимической информацией, облегчить процесс представления и анализа данных для моделирования, т.е. проводить научные исследования на качественно новом уровне.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Девятова, Анна Юрьевна, Новосибирск

1. Александров В.Ю., Кузубова Л.И., Яблокова Е.П., Экологические проблемыавтомобильного транспорта, Аналитический обзор, Изд-во ГПНТБ СО РАН, Новосибирск, 1995. Вып. 34.

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия,- М.: Логос, 2000. 627 с.

3. Анцырев А.А., Геолого-экологические условия Новосибирского промышленногорайона (Отчет о геолого-экологических исследованиях масштаба 1:200 ООО выполненных геоэкоцентром в 1991-97гг.) Центросибгеолком, ГГП Березовгеология, Новосибирск 1997. 254 с.

4. Артамонова B.C., Танасиенко А.А., Бортникова С.Б. Современные аспектыремедиации биологических свойств городских почв / Сибирский экологический журнал, 12 (2005), 855-864

5. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха, Труды Главной геофизическойобсерватории, Вып.417. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1979. С.З.

6. Барышев В.Б., Колмогоров Ю.П., Кулипаиов Г.Н., Скринский А.Н.

7. Рентгенофлюоресцентный элементный анализ с использованием синхротронного излучения // Журнал аналитической химии. 1986. - Т. 41. - С. 389-401.

8. Бандман А.Л., Войтенко Г.А., Волкова Н.В. Вредные химические вещества.

9. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов. Справочное издание, Л.: Химия, 1990

10. Безуглая Э. Ю. К определению потенциала загрязнения воздуха // Труды ГГО, 1968.вып. 234.

11. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы, Гидрометеоиздат,1. Ленинград, 1985.

12. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязненияатмосферы, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1975.

13. Берлянд М.Е., Генрихович Е.Л. Канчан Я.С. О расчете среднегодовых концентрацийпримеси в атмосфере от промышленных источников // Труды ГГО. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, - Вып.417.

14. Бобов П.Г. Геоинформационные ресурсы в Интернет: стандарты, программныесредства, решения. http://www.giscenter.ru/buIletin/content/sharing2.htm.

15. Бояркина А. П., Банковский В. В., Будаева JI. И. Динамика загрязнения снега Томскогопромышленного региона за последние 15 лет // Природокомплекс Томской области: Сб. статей. —Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1990. — С. 141—145.

16. Вызова H.J1., Гаргер Е.К., Иванов В.К., Экспериментальные исследования атмосфернойдиффузии и расчеты рассеяния примеси, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1991.

17. Василенко В.Н, Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежногопокрова, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1985.

18. Васильев В. П. Аналитическая химия: в 2 т. М.: Дрофа, 2002. - Т 2: Физикохимические методы анализа. 384 с

19. Васюнин B.C., Хотяков В.В. Создание картографической продукции с использованиемпродуктов компании ESRI. ARCREVIEW 2002-1 (16).

20. Васютинская Т.Ф., Михайловский Д.В. Геологическая карта СССР. Сер. Кузбасская. Л.

21. N-44-XI: Объяснительная запискаМ.: Геолтехиздат, 1963. 96с.

22. Вредные химические вещества: Неорганические соединения/ А.Л. Бандман, Б.А. Ивини др.; Под ред. В.А. Филова. Л.: Химия, 1988-1989.

23. Генихович Е.Л., Берляид М.Е., Грачева И.Г.и др., Мониторинг загрязнения атмосферыв городах, Под ред. Э.Ю.Безуглой, Труды Главной геофизической обсерватории, Вып.549. Гидрометеоиздат, Санкт-Петербург, 1998. С.11.

24. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000, Серия Кузбасская. Лист N-44-XII.

25. Объяснительная записка. — М.: Госгеолтехиздат, — 1963 -116 с.

26. Геологическая карта СССР (новая серия). М-ба 1:1 000 000. Карта четвертичныхобразований. N (44), 45 Новосибирск. Л.: ВСЕГЕИ Мингео СССР, — 1982.

27. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000. Серия Кузбасская, N-44-XI. ВАГТ Мингео1. СССР, —1962.

28. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000, Серия Кузбасская. Лист N-44-XVIII.

29. Объяснительная записка. — М.: Недра, — 1968 — 76 с.

30. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Высшая школа,1988. 328с.

31. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах ватмосферу. Л.: Химия, 1987.

32. Гусева Т.В. Гидрогеохимические показатели состояния окружающей среды:справочные материалы / Молчанова Я.П., Заика Е.А., Лебединская Л.А., Бабкина

33. Э.И., Винниченко В.Н., Сурнин В.А., Иванов С.Г. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. - 176с.

34. Девятова А.Ю. Сравнительный анализ технологий для обработки, хранения ипубликации различных типов геологической информации // География и природные ресурсы 2005. № 01. с. 97-102

35. Девятова А.Ю. Представление геологических данных с помощью информационныхтехнологий.// Вычислительные технологии, 205. том 10. часть 2. с. 32-39

36. Дмитриев А.Н., Забадаев И.С., Зольников И.Д., Красавчиков В.О., Нараткина Л.С.,

37. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

38. Э.К.Буреикова. М.: Недра, 1994. - Кн. 1: s-элементы. - 304 е.: ил.

39. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

40. Э.К.Буреикова. М.: Недра, 1994. - Кн. 2: Главные р-элементы. - 303 е.: ил.

41. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

42. Э.К.Буреикова. М.: Недра, 1996. - Кн. 3: Редкие р-элементы. - 352 е.: ил.

43. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

44. Э.К.Буреикова. М.: Недра, 1996. - Кн. 4: Главные d-элементы. - 509 е.: ил.

45. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

46. Э.К.Буреикова. М.: Экология, 1997. - Кн. 5: Редкие d-элементы. - 576 е.: ил.

47. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред.

48. Э.К.Буреикова. М.: Экология, 1997. - Кн. 6: Редкие f-элементы. - 607 е.: ил.

49. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам.// Агрохимия1995, №10 с. 109-113.

50. Ильин В.Б. Мониторинг тяжелых металлов применительно к крупным промышленнымгородам.// Агрохимия 1997. №4 с. 81-86.

51. Израэль Ю.А., ГасилинаН.К., РовинскийФ.Я., Филиппова Л. М. Осуществление в СССР системы мониторинга загрязнения природной среды,- Л.: Гидрометеоиздат, 1978.-117 с.

52. Кабата-Пендиас А., Пендиас X, микроэлементы в почвах и растениях. М.:Мир, 1989.

53. Камынин Л.И., Курс математического анализа, Т.2. Изд-во МГУ, Москва, 1995.

54. Климат Новосибирска, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1979.

55. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. М.: ДМК

56. Пресс; М.: Компания АйТи, 2003. 288с.

57. Коковкин В.В., Рапута В.Ф., Шуваева О.В., Оптика атмосферы и океана, 13.8(2000)788.

58. Кравцов В.М., Донукалова Р.П. География Новосибирской области. Новосибирск:

59. Студия Дизайн ИНФОЛИО>, 1996,- 144с.

60. Куриленко В.В., Лебедев С.В. ГИС для эколого-геологического картографирования.//

61. Материалы пятой межвузовской конференции <Школа экологической геологии и рационального недропользования>, Санкт-Петербург, 2004

62. Куриленко В.В., Лебедев С.В. ГИС для эколого-геологического картографирования.//

63. Материалы пятой межвузовской конференции <Школа экологической геологии и рационального недропользования>, Санкт-Петербург, 2004

64. Летувнинкас А. И., Хохлов В. Е., Квасников А. В. Предварительные данные отехногенном загрязнении тяжелыми металлами почв и снегового покрова на территории Северного промузла г. Томска: Науч. отчет. — Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1992, —40 с.

65. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1973. - 409 с.

66. Мартынов В.А., Мизеров Б.В., Никитин В.П., Шаевич Я.Е. Геомрфологическоестороение долины р.Обь в районе г.Новосибирска. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1977.-34 с.

67. Маликова И.Н., Страховенко В.Д., Сухоруков Ф.В., Девятова А. Ю. Современноесостояние загрязнения радиоцезием почв Алтайского края. // Сибирский экологич. журнал 2005. №6. 999-1011.

68. Методика выполнения измерений массовой концентрации гидрокарбонатов вприродных водах титриметрическим методом РД 33 5.3.07 -96: утв. ком. РФ по водному хозяйству 28.06.96. - М., 1996. - 15 с.

69. Методика выполнения измерений массовой концентрации хлоридов в природных иочищенных сточных водах титриметрическим методом с солью серебра РД 33 -5.3.04 -96: утв. ком. РФ по водному хозяйству 28.06.96. М., 1996. - 15 с.

70. Методика измерений массовой концентрации сульфатов в водах турбидиметрическимметодом РД 52.24.405-95: утв. ГУЭМ.З Росгидромета 21.07.94. Ростов на - Дону, 1995. - 10 с.

71. Книпович Ю.Н., Морачевский Ю.В. Анализ минерального сырья. J1. 1955. 1055 с.

72. Немынов М., Хлебников Б. ГИС в Министерстве природных ресурсов РФ.1. ARCREVIEW 2002-1 (20).

73. Новиков Ю.В., Пивкин В.М. Город для человека. Новосибирск: Новосибирское кн.

74. Издательство, 1988. 198 с.

75. Парначев В. П., Мананков А. В. Геоэкологические проблемы Томской области //

76. Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды: Тез. докл. Международной конф. — Томск, 1995. — Т. 4. — С. 84—85.

77. Пененко В.В., Рапута В.Ф. Планирование эксперимента в обратных задачах переносапримесей // Метеорология и гидрология , 1982, №8 с.38-46.

78. Перельман А.И. Геохимия: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1979. 423с.

79. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000,1999.

80. Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия. Л., <Недра>, 1975. 208 с.

81. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем /Под ред. Ю. А.

82. Израэля. Т. 1-6. Л., 1975-1983.

83. Прокачева В.Г., В.Ф Усачев. Снежный покров в сфере влияния города,

84. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1989.

85. Прокачева В.Г., Усачев В.Ф. Снежный покров в сфере влияния города,

86. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1989.

87. Пуртова О.П. Изучение содержания ПАУ в снежном покрове в окрестностях гг.

88. Новосибирска и Искитима // дипломная работа, Новосибирск, 2001

89. Рапута В.Ф., Коковкин В.В., Садовский А.П., Олькин С.Е., Резникова И.К., Морозов

90. С.В., Кузнецова И.И., Чирков В.А. Анализ аэрозольных выпадений в окресностях ТЭЦ г. Новосибирска.// Оптика атмосферы и океана, 16. № 5-6 (2003), с. 546-551

91. Рапута В.Ф., Садовский А.П., Олькин С.Е. Модель длительного аэрозольногозагрязнения местности // Оптика атмосферы и океана, 1997. Т. 10, № 6. - С. 616 - 622.

92. Рапута В.Ф., Садовский А.П., Олькин С.Е., Лаптева Н.А. Модель управлениявыбросами примеси в атмосферу города по санитарно-гигиеническим и социальным показателям // Сибирский экологический журнал, 2001. № 5. - С. 599-602.

93. Рапута В.Ф., Коковкин В.В. Методология оптимального пробоотбора, схемыхимического анализа и модели распространения аэрозольных примесей вмониторинге антропогенных источников // География и природные ресурсы. -Спецвыпуск, 2004. С. 162-169.

94. Рапута В.Ф., Садовский А.П., Олысин С.Е., Резникова И.К. Исследование аэрозольныхвыпадений полициклических ароматических углеводородов в районе Новосибирского электродного завода// Оптика атмосферы и океана, 2000. Т. 13, № 9. - С. 886-889.

95. Рапута В.Ф., Коковкин В.В., Шуваева О.В. Исследование процессов региональногопереноса пыли с территории города// Оптика атмосферы и океана, 2002. Т. 15, № 56. - С. 475-478.

96. Рапута В.Ф., Коковкин В.В. Методы интерпретации данных мониторинга загрязненияснежного покрова // Химия в интересах устойчивого развития, 2002. Т. 10. - С. 669682.

97. Рихванов JI. П., Сарнаев С. И., Язиков Е. Г. и др. Геохимические особенности почвогрунтов города Томска // Проблемы экологии Томской области. — Томск: Изд-во Том. гос. ун-та, 1992. — Т. 2. —С. 61—63.

98. Ровинский Ф.Я., Петрухин В.К., Черханов Ю.А., Ярнатовский А.Н. //Проблемыфонового мониторинга природной среды. JL, 1988. - Вып. 6. - С. 15 - 20.

99. Руководство пользователя по эксплуатации спектрометра с индуктивно-связаннойплазмой IRIS. М.: Intertech corporation, 2000. 150 с.

100. Сайт МПР России. Экологическая обстановка в регионахhttp://www.mnr.gov.ru/part/? act=more&id=97&pid=222

101. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 1993 году:

102. Доклад Новосибирского областного комитета экологии и природных ресурсов, Под ред. А.И.Петрика и Ю.Р.Широкова, Новосибирск, 1994.

103. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 1993 году:

104. Доклад Новосибирского областного комитета экологии и природных ресурсов./ под ред. А.И. Петрика, Ю.Р. Широкова. Новосибирск 1994. 112с.

105. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 1994 году:

106. Доклад Новосибирского областного комитета экологии и природных ресурсов, Под ред. А.И.Петрика и Ю.Р.Широкова, Новосибирск, 1995.

107. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 1998 году:

108. Доклад департамента природных ресурсов по Сибирскому региону./ под ред. Г.В. Селиверстова, В.Ю. Александрова. Новосибирск, 1999. 150с.

109. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 2000 году:

110. Доклад департамента природных ресурсов по Сибирскому региону./ под ред. Г.В. Селиверстова, В.Ю. Александрова. Новосибирск, 2001. 144с.

111. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 2003 году:

112. Доклад главного управления природных ресурсов и окружающей среды МПР России по Новосибирской обл./ под ред. А.М.Гуры, Н.Е. Огурцова, В.Л.Захарова. Новосибирск, 2004. 232с.

113. Сысо А.И., Артамонова B.C., Сидорова М.Ю., Ермолов Ю.В., Черевко B.C.

114. Загрязнение атмосферы, снегового и почвенного покрова г. Новосибирска/ Оптика атмосферы и океана, 18 (2005), 663-669

115. Фомин Г.С. Энциклопедия международных стандартов. 1995. Т. 31. №5. С. 534-539.

116. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: «Наука», 1971. 312с.

117. Федоров В.В., Успенский А.Б., Вычислительные аспекты метода наименьшихквадратов при анализе и планировании регрессионных экспериментов, Изд-во МГУ, Москва, 1975.

118. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика,1998.-288с.

119. Шустов Д. Цифровые карты Роскартографии в формате Arclnfo. ARCREVIEW 2002-116..

120. Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды./ Науч. Ред. Чл.кор. РАН Поляков Г.В. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ 1996. 248с.

121. Craul, P.J. Urban soil in landscape design. New York: John Wiley, 1992.

122. Devyatova A.Y., Ozereleva N. V. Estimation of geochemical situation in Novosibirsk city.//

123. Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды «ENVIROMIS 2006», Томск, 2006г, с 108109.

124. Han J and Kamber M. Data Mining: Concept and Techniques. SIMOD Record, Vol. 31. No.2. 2002.

125. Iwasaka Y. Mineralogical and chemical features of dust particles collected in the troposphereover desert areas and over Japan.// Young Researchers' Network «Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area», Japan, Kanazawa, 2006

126. Kokovkin V.V., Shuvaeva O.V., Raputa V.F., J.Aerozol Sci., 32 (2001) 526.

127. McKibbin R. Particle transport by layered atmosphere.// Young Researchers' Network

128. Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area», Japan, Kanazawa, 2006

129. Qin Y., Oduyemi K. Atmospheric aerosol source ^identification and estimates of the sourcecontributions to air pollution in Dundee, UK// Atmospheric environment, 37 (2003), h/1799-1809.

130. Raputa V.F., Khodzher T.V., Gorshkov A.G.et al, J.Aerozol Sci., 29 (1998) 807.

131. Raputa V.F. The regularites of the formation of pollution in the axial part of the Eastern-Uralradioactive trace // Bull. NCC. Ser. Num. Model. Athmosph., Ocean and Environment Studies, 2005. lss. 10. - P. 73-79.

132. Shin Y. Modeling of the dust emission in northwest China.// Young Researchers' Network

133. Promoting Environmental Research in Pan-Japan Sea Area», Japan, Kanazawa, 2006

134. Tessier A., Cardigan R., Dubreul В., Rapin F. Portioning of zinc between the water columnand the oxic sediments in lakes// Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. N.3.P. 1511-1522.

135. Wolff E. Signals of atmospheric pollution in polar snow and ice// Antarctic Science, 21990), 3, 189-205

Информация о работе

Девятова, Анна Юрьевна
кандидата геолого-минералогических наук
Новосибирск, 2006
ВАК 25.00.36

Диссертация

Тяжелые металлы в депонирующих средах и прогнозная модель переноса примесей от стационарных техногенных источников - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы