Эколого-геохимическая оценка состояния городских ландшафтов Республики Казахстан

3. Транзитные и депонирующие среды

Для того, чтобы  определить степень загрязнения  городской экосистемы, необходимо различать  транзитные и депонирующие среды. К транзитным средам можно отнести водотоки, проточные водоемы,  грунтовые воды, атмосферу.

Транзитные  среды непосредственно принимают выбросы, где происходит их транспортировка и частично трансформация веществ [Перельман, Касимов, 1999]. Например, атмосфера состоит из различных газов и примесей, концентрация некоторых зависит от объемов и интенсивности выбросов.

Депонирующие  среды накапливают и преобразуют вещества. К ним относятся почвы (особенно на геохимических барьерах, где  происходит резкое изменение условий миграции и как следствие концентрации элементов), донные отложения замкнутых водоемов, растительность. Человека тоже можно рассматривать как своеобразную депонирующую среду, поскольку организм так же способен накапливать различные химические элементы, в том числе токсичные соединения.

4. Загрязнение аэрозолями и пылью

Атмосферные аэрозоли – это взвешенные твердые коллоидные частицы в газообразной среде, которые  имеют размеры от нескольких микрометров  до их сотых и тысячных долей [Перельман, Касимов,1999]. Пыль имеет частицы, диаметром от 1 микрометра и более, является основным источником поступления химических элементов от промышленных предприятий и автотранспорта [Старокожева, 2002].

По происхождению  аэрозоли можно разделить на две  группы: естественные и искусственные. Естественные аэрозоли поступают от природных источников, например, при лесном пожаре или при пыльных бурях и т.д. Искусственные частицы возникают в результате хозяйственной жизнедеятельности человека, отличаются высоким разнообразием химических элементов и их концентраций. Основными источниками атмосферных аэрозолей искусственного происхождения являются ТЭС, которые используют уголь высокой зольности, обогатительные комбинаты,  металлургические и цементные заводы.

Основная зона нахождения аэрозолей это приземные слои атмосферы над промышленными территориями. Основное отличие аэрозолей в их способности конденсировать в себе рассеянные загрязняющие вещества. Для оценки степени аккумуляции химических элементов в атмосферных аэрозолях используют коэффициент аэрозольной концентрации [Добровольский, 2003]. Он рассчитывается (Ка) как отношение содержания элемента в твердой фазе аэрозоля к его кларку в литосфере. Кларк это среднее значение относительного содержания химических элементов в земной коре и других глобальных и космических системах.

Таблица 2

Коэффициент концентрации некоторых рассеянных элементов в континентальных  аэрозолях (Добровольский, 1980)

металл	Коэффициент аэрозольной  аккумуляции	Интенсивность обогащения
Кадмий	> 100	Очень сильная
Свинец, олово	50-100	Сильная
Цинк, медь, никель, хром	10-50	Средняя
Ванадий	1-10	Умеренная
Титан	< 1	Отрицательная

Источник: взято из учебника «Основы биогеохимии» Добровольский, 2003

Для анализа  техногенной аномалии полиэлементного состава используют суммарный показатель загрязнения Zс, который характеризует степень воздействия нескольких элементов относительно фона. Он рассчитываются для различных компонентов ландшафта - почв, снега, растений и донных отложений.

Если кларк  концентрации больше единицы, это указывает на обогащение элементом, если меньше — означает снижение его содержания по сравнению с данными для земной коры в целом [Добровольский, 2003]. Это, в свою очередь, еще раз подчеркивает преобладание техногенного происхождения аэрозолей. Есть элементы, которые по своим химическим особенностям, не накапливаются в аэрозолях (таблица 2). К таким элементам можно отнести литофильные элементы: титан, алюминий цирконий и т.д. [Перельман, Касимов, 1999].

 

Глава 2. Мониторинг загрязнения городских ландшафтов

Экологический    мониторинг    (мониторинг окружающей  среды  и  природных  ресурсов)   -   комплексная   система наблюдений за состоянием окружающей среды,  природных ресурсов в целях оценки,  прогноза и контроля изменений состояния  под  воздействием природных и антропогенных факторов [Экологический кодекс РК, 2007]. Объектами мониторинга являются атмосферный воздух, почвы, воды, растительность и другие компоненты, которые могут подвергаться антропогенному воздействию. Экологический мониторинг является важной составляющей для полного анализа состояния окружающей среды, так как он отслеживает развитие природных экосистем, их изменение под антропогенным воздействием [Мухамадиев, 2006].

Для полного  анализа состояния ландшафта  можно вести различные виды наблюдений, так например, выделяют фоновый мониторинг, импактный, комплексный и компонентный и т.д. Фоновый экологический мониторинг включает в себя наблюдение за развитием ландшафта, неподверженного различным источникам загрязнения. Импактный мониторинг изучает региональное и локальное антропогенное влияние в городах промышленных центрах, и т.д.  Комплексные наблюдения ведутся на экосистемном и геосистемном уровнях, а компонентный мониторинг отслеживает состояние ландшафта по отдельным его составляющим [Перельман, Касимов, 1999].

2.1. Промышленные факторы загрязнения

На городской  ландшафт оказывает воздействие  целый ряд  техногенных факторов, так как каждый вид деятельности  характерезуется своими особенностями. Наибольшее влияние на окружающую среду в крупных городах оказывают отходы промышленного производства и транспорта.

Промышленность  это очень сложная отрасль  народного хозяйства, оказывающая  комплексное воздействие на компноненты  ландшафта. На хараткер распространения  загрязняющих веществ влияет мощность и высота источника, скорость и направление воздушных потоков, гравитационные характеристики примесей, интенсивность осадков [Сает, 1990].

Важное значение имеют территориальные разбросы – расстояние, на которое рассеивается загрязняющее вещество. Прежде всего это зависит от высоты трубы, от объемов выбросов, от рельефа территории, розы ветров и многих других факторов.

 

 

 

2.2. Рельеф как фактор изменения уровня загрязнения

Рельеф являеется  одним из основных факторов формирования миграционных потоков загрязняющих веществ. Соотношение химической и механической денудации, водообмен, аккумуляция и миграция химическихй элементов в большой степени зависят от рельефа территории.

В городских  ландшафтах территориальное распространение  выбросов выглядит иначе, так как имеет место наличие как природного, так и искусственного рельефа. Все города можно классифицировать на равнинные, горнокотловинные и горно-долинные, предгорные, приморские и другие. Например, город, расположенный в пониженных формах рельефа, чаще характеризуется застаиванием воздуха, что может привести к усилению опасности накопления загрязняющих веществ [Берлянд, 1985].

По отношению  расположения промышленности внутри города можно выделить три основные группы [Сает, 1990]:

• Порфировидная (мозаичная). Город включает в себя большой объем промышленных производств, которые объединены между собой в промзоны и разбросаны по территории города
• Вкрапленная (точечная) – особенностью является включение жилых построек в промышленные центры.
• Зональная (центрическая) характерно отдаление функциональных зон на достаточно большое расстояние от промышленных объектов.

Каждая группа городов характеризуется своими особенностями поступления и  распределения загрязняющих веществ.

Большое влияние  оказывает планировка и ширина улиц, расположение источников загрязнения относительно розы ветров,  функционально-территориальное зонирование города. Например, узкое расположение улиц создает условия для преобладания сквозных ветровых потоков, и, как следствие, постоянное выдувание загрязняющих веществ. Большие улицы отличаются разнообразием  и  интенсивностью транспортного потока, что приводит к повышенному уровню загрязнения. Также большое аккумулирование загрязняющих веществ наблюдается во дворах изолированного типа. Жилые здания служат механическим барьером на пути воздушных потоков, появляются повышенные концентрции веществ. Дороги, насыпи являются механической приградой для водотоков, которые могут привести к заболачиванию территории.

  

 

 

 2.3. ПДК и критерии загрязнения  различных компонентов городских ландшафтов

Для оценки степени  загрязнения городских ландшафтов необходим целый ряд стандартов, по которым можно определить, укладываются ли конкретные городские ландшафты  в рамки допустимых антропогенных  нагрузок загрязняющих веществ (поллютантов). Для этого, были введены такие стандарты, как предельно допустимые концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимого содержания (ОДС) поллютантов в различных средах.

Под предельно  допустимой концентрацией (ПДК) понимается показатель воздействия одного или нескольких загрязняющих веществ на атмосферный воздух, превышение которого приводит к вредному воздействию на здоровье человека и окружающую среду [СанПиН РК, 2004]. Нормирование загрязняющих веществ для разных сред неодинаково, данные показатели разрабатываются на основе экспериментальных исследований и прописываются в санитарно-эпидемиологических правилах и нормах по эпидемиологии и гигиене Республики Казахстан.

 

Для атмосферного воздуха рассчитывают ПДКм.р., ПДКс.с. и ПДК р.з.. ПДК м.р. –предельно допустимая концентрация элемента максимально разовая это концентрация вещества, при вдыхании которого у человека в течении 30 мин не вызывает рефлекторных реакций. ПДК с.с. показывает концентрацию элемента в атмосферном воздухе, которая не оказывает воздействия на человека в течении всей жизни. ПДК р.з. расчитывается для того, чтобы концентрация элемента в рабочей зоне в течении дня на протяжении всего стажа человека не оказывала прямого или косвенного влияния.

Если в воздухе  присутствует несколько загрязняющих веществ, которые могут оказывать комбинированое воздействие, например аммиак (NH₃) и сероводород (H₂S), то сумма их концентраций не должна превышать единицы.

С₁/ПДК₁+С₂/ПДК₂+…+С_n/ПДК_n≤1

1)где С₁, С₂, … С_n – фактическая концентрация вещества в воздухе

2)ПДК1, ПДК2, … ПДКn – предельно допустимые концентрации тех же веществ

Уровеннь загрязнения  атмосферы можно оценить по показателю ИЗА (комплексный индекс загрязнения  атмосферы), который расчитывается  с учетом класса опасности элемента. Выделяют 3 класса опасности загрязняющих веществ: I класс высоко опасных элементов As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бенз(а)пирен, Zn; II класс – опасные (B, Ni, Cu, Cr и др.); к III классу относятся мало опасные химические элементы Ba, Mn, Sr и другие [Перельман, Касимов, 1999].

Нормирование  загрязняющих веществ водоемах осуществляется по органолептическим (свойства воды, запах, мутность, цвет), общесанитарным (самоочищение водоема) и санитарно-токсикологическим  показателям. При расчете ПДК  и ИЗВ необходимо учитывать варианты использования воды. Так, например, ПДК элементов в водах для рыбо-хозяйственных целей будет намного ниже, чем для вод, использующихся в хозяйственно-бытовых нуждах.

При определении  ПДК загрязняющих веществ в почвенном  покрове необходимо провести детальный анализ территории, так как почва очень сложная система, которая регулирует взаимодействие между биосферой, атмосферой и гидросферой. Так в природе встречается многообразие почв с различными свойствами и токсичность одного и того же элемента в разных условиях будет различной. Поэтому при почвенных исследованиях следует правильно классифицировать почвы (типы и подтипы), изучить структуру почвенного покрова, морфологические, химические и физические свойства почв, оценить степень проявления почвообразовательных процессов (деградации – проградации, засоления - рассоления, подтопления – иссушения и т.д.). Нормирование загрязняющих веществ в почве определяется по общесанитарным, миграционно-воздушным, миграционно-водным, санитарно-токсикологическим и органолептическим показателям вредности: Оценка проводится с учетом их функциональной значимости.

Если ПДК  для элемента не рассчитана, то за основу можно брать содержание элемента в фоновых условиях. Фоновые территории выбираются вдали от источников техногенного воздействия, на характерных автономных ландшафтах. Для оценки используют 2 показателя: коэффициент техногенной концентрации (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc).

Кс=Ка/Кф, где  Ка это содержание элемента в зоне аномалии, а Кф это содержание элемента в фоновых условиях [Перельман, Касимов, 1999].

Суммарный показатель загрязнения (Zc) рассчитывается по формуле Zc= ∑Kc-(n-1) где Кс это коэффициенты техногенной концентрации больше 1 (или 1,5).  n - число элементов [Сает, 1990]. 

 

 

Глава 3. Загрязнение различных компонентов городских ландшафтов

Для оценки техногенного воздействия на городские ландшафты, необходим анализ загрязнения всех компонентов природно-антропогенной  среды в отдельности.

3.1. Загрязнение воздуха

Основными источниками загрязнения атмосферы служат автомобили и промышленные предприятия.

Таблица 3

Наиболее  массовые загрязнители, выбрасываемые  всеми техногенными источниками  в атмосферу земли 

Загрязнители	Млн.тонн/год
Твердые частицы  дыма и промышленная пыль Окись углерода Летучие углеводороды и другая органика Окислы серы Окислы азота Соединения  фосфора Сероводород Аммиак Хлор Фтористый водород	580 360 320 160 110 18 10 8 1 1
Источник: взята из учебного пособия «Основы экоразвития» Акимова Т.А. Хаскин В.В. 1994