Аннотация На примере урбанизированных территорий Центральной России (города Воронеж, Липецк, Курск, Белгород, Тамбов и др.) Рассматриваются геоэкологические аспекты качества окружающей среды. Оценено содержание антропогенных загрязнителей в природных средах. В среде ГИС рассчитываются уровни экологического риска для населения крупных городов. Проведено комплексное геоэкологическое районирование исследуемых урбанизированных территорий. На основе геоинформационных технологий разработана схема экологического и геохимического мониторинга промышленного города.
1. Введение
Развитие интеллектуального и технического прогресса влечет за собой значительное повышение комфорта и качества жизни. Однако наряду с этим постоянно возрастает техногенная нагрузка
на окружающую среду, что неизбежно приводит к увеличению антропогенных загрязнителей в природных объектах и уровня экологического риска для населения промышленных городов [1–5].
В России и большинстве других развитых стран мира эта проблема обострилась с середины 20 века при высоких темпах развития промышленности, нефтедобычи и нефтепереработки, за счет увеличения мощности теплоэнергетических предприятий (ТЭЦ, ТЭС и др.), Автотранспорт и др. На фоне возрастающего геохимического загрязнения среды обитания население многих крупных городов проявляет экологически обусловленные заболевания, что вызывает повышенное внимание ученых и практиков-экологов к изучению механизмов формирования зон техногенного загрязнения. и поиск эффективных способов улучшения городской среды [1].
Эти проблемы актуальны для многих городов России и других развитых стран мира. Большинство исследованных урбанизированных территорий имеют сложную архитектурно-планировочную структуру градостроительства и повышенную транспортную нагрузку, что служит предпосылкой для образования зон геохимического загрязнения природных объектов и снижения геоэкологического комфорта для проживающего населения [1, 5, 6].
Основным механизмом оценки качества окружающей среды урбанизированных территорий является эколого–геохимический мониторинг на основе геоинформационных технологий [6–9]. Так, на примере городского округа города Воронежа эколого–геохимический мониторинг представляет собой многофункциональную подсистему, взаимодействующую с другими подсистемами единой государственной системы экологического мониторинга. Анализ доступной информации позволяет утверждать, что показатели заболеваемости населения различными классами болезней могут служить индикаторами качества окружающей среды. Например, рост заболеваемости раком среди населения может служить индикатором загрязнения воздуха и почвенного покрова свинцом, увеличения заболеваемости заболеваниями нервной системы и органов чувств у детского населения. Показателем увеличения содержания в атмосфере оксида серы, азота, формальдегида может быть увеличение заболеваемости респираторными заболеваниями среди населения [10–12].
2. Оборудование и устройства, используемые в исследованиях
Эколого–геохимический мониторинг Промышленно развитого города на базе ГИС–технологий это [9]:
- система наблюдений за изменениями геохимического состава основных природных среды – почва и атмосфера под воздействием техногенного давления, а также под воздействием влияние градостроительных и аэрационных факторов экологического риска;
- система мониторинга здоровья как
реакция окружающей среды
на содержание окружающей среды. загрязняющие вещества; - разработка мероприятий по улучшению природной среды города и минимизации экологический риск.
Задачи эколого–геохимического мониторинга промышленного города на основе ГИС технологии:
- контроль содержания различных загрязняющих веществ в осадочных средах города;
- своевременное обнаружение изменений содержания загрязняющих веществ в природных средах – почве и атмосфера; оценка и прогноз динамики загрязнения;
- расчет уровней экологического риска и прогноз возникновения экологических– вызванные заболеваниями населения;
- выявление экологических заболеваний у населения;
- определение приоритетных техногенных, градостроительных, метеорологических факторов окружающей среды. загрязнение города;
- подробный анализ реестра выбросов промышленных предприятий, особенно анализ выбросы конкретных малоизученных компонентов загрязнений различных сред;
- прогноз и разработка рекомендаций по предупреждению, устранению последствия негативного воздействия загрязнения окружающей среды на организм человека;
- информационная поддержка экологических служб экологического контроля и органов здравоохранения. с результатами поисковых исследований по оценке риска здоровью и пространственному распределению зон риска;
- создание картографического материала на основе ГИС–технологий, в том числе данных, полученных для
дальнейшее использование результатов анализа в системе
Окружающая среда–здоровье
путем различного планирования и проектирования, экологические, медицинские и другие услуги.
Основная цель создания системы эколого–геохимического мониторинга урбанизированных территорий. состоит в организации на основе геоинформационных технологий межотраслевой и иерархической системы сбор, обработка, хранение и выдача информации, обеспечивающей непрерывную диагностику общедоступных здоровье и окружающая среда. Также информационная поддержка принятия решений, направленных на обеспечение эколого–гигиеническое благополучие [5, 9].
Наш эколого–геохимический мониторинг урбанизированных территорий городов Центральной
Россия (Воронеж, Липецк, Курск, Белгород, Тамбов и др.) Осуществляется на основе
авторская ГИС Экологические и социально–экономические условия урбанизированных территорий Центральной России
,
которая включает базу данных загрязнения окружающей среды за длительный период, заболеваемости населения
различные возрастные группы, социально–экономические и микроклиматические условия. Картографическое и ландшафтное планирование
блоки данных ГИС позволяют объективно оценить ситуацию на данный момент, спрогнозировать ее дальнейшую
развитие и дает возможность анализировать и отображать состояние городских экосистем,
в том числе общественное здравоохранение [5, 9].
Карты ГИС составляют основу документов для анализа возможного воздействия на население
различные факторы загрязнения окружающей среды, так как заболеваемость населения служит ответом
окружающая среда к воздействию антропогенной нагрузки [9].
В рамках блока эколого–геохимической ГИС запланирован анализ проб атмосферного воздуха. осуществляется воздух, почва и питьевая вода.
В рамках географического картографического блока ежегодно обновляется картографический материал города, а на электронном носителе печатаются новые жилые объекты, начатые стройки, а также объекты экологического риска – АЗС, промышленные объекты, автомагистрали и т. карта.
Кроме того, на электронной карте фиксируется увеличение или уменьшение зоны отдыха, зеленых насаждений, садов, парков и т. д. Кроме того, в рамках этого блока необходимо собирать ежегодную статистическую информацию по эколого–метеорологическим и климатическим данным – температуре воздуха, относительной влажности, атмосферному давлению, скорости и направлению ветра в разных районах города, а также в разных кварталах с многоэтажные дома.
Таким образом, основными компонентами ГИС Экологические и социально–экономические условия урбанизированных территорий Центральной России
, с помощью которых осуществляется эколого–геохимический мониторинг, являются автоматизированная база данных Экогеохимия и здоровье населения городов Центральной России
. и географическая картографическая единица.
3. Результаты и обсуждение
Анализируя загрязнение атмосферы городов Средней полосы России, можно сделать вывод о приоритетном вкладе моторных выбросов в формирование полей геохимического загрязнения. Кроме того, значительный вклад в загрязнение воздуха вносит рельеф территории. Так, на территории городского округа города Воронежа наибольшее загрязнение атмосферы находится в районе Чернавского моста (пересечение ул. Разина, ул. Манежная). Причина высокого загрязнения воздуха в этом районе – большое количество транспортных средств, проезжающих через этот перекресток. Кроме того, данная территория находится в зоне воздействия МУП Воронежтеплосеть
, что район г. Воронеж. Загрязнение данной территории формируется промышленными предприятиями города, а также автотранспортом, движение которого часто затрудняется из–за пробок в районе железнодорожной станции Машмет (рис. 1).
Еще один важный фактор загрязнения воздуха – аэрация. Например, формирование загрязнения атмосферного воздуха в Железнодорожном районе города Воронежа можно объяснить микроклиматическими условиями – атмосферным переносом загрязняющих веществ из промзоны Коминтерновского района Воронежа, расположенной с наветренной стороны, в Железнодорожный административный район г. Воронеж (рис. 1).
Наименее загрязнена атмосфера в микрорайоне Сельскохозяйственного института Центрального района и Северного микрорайона. Также чистой
можно назвать атмосферу городской окраины – Областной больницы, села Шилово, села Никольское и других. Низкое загрязнение атмосферы наблюдается в удаленных от промышленной и транспортной зоны частях Советского административного района Воронежа (ул. Маршака, 38).
В непосредственной близости от загрязненных территорий находятся чистые
зоны в Центральном и Ленинском районе города, так называемый Тихий центр
, примером которого является территория в районе Покровской церкви (рисунок 1).
Формирование зон с низким уровнем загрязнения атмосферы связано с удаленностью этих территорий от промышленных и транспортных зон города или расположением с наветренной стороны от них, а также с особенностями микроклимата и режима аэрации.
Анализируя загрязнение почв, можно сделать выводы об общем загрязнении окружающей среды городов Центральной России за длительный период.
Рисунок 1 — Геоинформационное районирование территории
Например, территория городского округа города Воронежа, зона высокого и очень высокого неканцерогенного риска хронических заболеваний. Высокий риск на территории наблюдается в основном в левобережье и центральный части города (рисунок 2).
Рисунок 2 — ГИС-карта общего уровня неканцерогенный риск (HI) в городском округе города Воронежа в теплое время года
Зона низкого риска расположен в основном в северная часть города.
В холодный сезон, аналогичная ситуация наблюдается, с исключением значительного снижения в области повышенного, высокого и очень высокого уровня риска.
4. Вывод
Таким образом, разработанная схема эколого–геохимического мониторинга индустриального города на основе геоинформационных технологий может быть реализована в большинстве промышленных городов России и других развитых стран мира. Однако необходимо учитывать специфику техногенной нагрузки и экологические условия конкретного города для составления приоритетного перечня исследуемых загрязнителей окружающей среды и критериев здоровья населения.
Анализ формирования полей эколого–геохимического загрязнения городских территорий городов Центральной России показал приоритет дорожных выбросов по сравнению с промышленными и энергетическими предприятиями.
Помимо факторов окружающей среды, микроклиматические и социально–экономические условия территории способствуют формированию зон экологического риска и снижению геоэкологического комфорта.
Ссылки
1. Zubareva O N, Skripal’shchikova L N, Greshilova N V and Kharuk V I 2003 Zoning of landscapes exposed to technologenic emisssions from the norilsk mining and smelting works Russian Journal of Ecology 34 375-380
2. Ashfaq A and Sharma P 2013 Environmental effects of air pollution and application of engineered methods to combat the problem Journal of Industrial Pollution Control 29 25–28
3. Qiu H, Ho K F, Pun VC, Yu I T S and Tian L 2015 Air pollution and mortality: Effect modification by personal characteristics and specific cause of death in a case–only study Environmental Pollution 199 192–197
4. Stossel Z, Kissinger M and Meir A 2015 Assessing the state of environmental quality in cities – A multi–component urban performance (EMCUP) index Environmental Pollution 206 679–687
5. Krishnakumar M and Ganesh Kumar B 2012 Landfill requisite and optimal allocation for municipal solid waste disposal in madurai city – An assessment of urban environmental issues using gis modeling for sustainable development Pollution Research 31 481–486
6. Yeprintsev S A Klevtsova M A Lepeshkina L A Shekoyan S V Voronin A A 2018 Assessment of the dynamics of urbanized areas by remote sensing (IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 115) pp 012034
7. Kalmanova V B 2018 Ecological planning of urbanized areas in the south of the Far East (Birobidzhan city as an example) (IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 107(1)) pp 012130
8. Tong H Shi P Bao S Zhang X Nie X 2018 Optimization of urban land development spatial 7 allocation based on ecology–economy comparative advantage perspective (Journal of Urban Planning and Development 144 (2)) pp 05018006
9. S A Yeprintsev, S V Shekoyan, L A Lepeshkina, A A Voronin and M A Klevtsova 2019 Technologies for Creating Geographic Information Resources for Monitoring the Socio–Ecological Conditions of Cities (IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 582) pp 012012.
10. Seddighi M J Ayali H 2008 Environmental management techniques in sustainable landscape (Proceedings of the 2008 International Conference on Information and Knowledge Engineering IKE) pp 463–469
11. Mazhitova G Z Janaleyeva K M Berdenov Z G Doskenova B B Atasoy Е 2018 Assessment of the sustainability of landscapes of the North–Kazakhstan region to agricultural impact (News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences 3 (429)) pp 90–95
12. Topchiy D Kochurina E 2018 Environmental situation in construction, reconstruction and re–profiling of facilities in high–density urban development (MATEC Web of Conferences 193) pp 05012
13. Li W Saphores J D M Gillespie T W 2015 A comparison of the economic benefits of urban green spaces estimated with NDVI and with high–resolution land cover data (Landscape and Urban Planning 133) pp105–117.