CC BY
39
ПРИРОДА И ЭКОЛОГИЯ
УДК 91:504; 910.1/.2; 911.3:613
О. В. Токарчук, Д. В. Хоменко
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД УРБАНИЗОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ Г. БРЕСТА)
Территории городов характеризуются значительной степенью антропогенной преобразованности геосфер, а подходы к моделированию условий формирования стока и поверхностных вод в их пределах недостаточно проработаны в геоэкологии. В то же время водные объекты урбанизованных территорий подвергаются большой антропогенной нагрузке, и изучение условий формирования поверхностных вод в переделах городов является важным условием выработки научно обоснованных направлений их рационального использования и охраны. Всё сказанное характерно и для г. Бреста, расположенного у слияния рек Мухавец и Западный Буг и оказывающего существенное влияние на их воды.
В статье представлен опыт проведения геоэкологического анализа условий формирования поверхностных вод центральной части г. Бреста.
В исследовании обобщены представления о гидрографических особенностях городской среды, разработана методика геоэкологического анализа условий формирования поверхностных вод центральной части г. Бреста, обобщены сведения об особенностях городской среды Бреста, её водного компонента, качестве вод рек Мухавец и Западный Буг, а также выполнено моделирование условий и факторов формирования качества поверхностных вод исследуемой территории.
Представленная методика может быть использована в ходе проведения геоэкологического анализа условий формирования поверхностных вод других урбанизованных территорий. Возможно использование результатов исследования в ходе выработки предложений по рациональному использованию и охране поверхностных вод в пределах центральной части г. Бреста — созданная модель урбоводосборов может быть использована в качестве основы для дальнейшего накопления информации об условиях и факторах формирования поверхностных вод, а также их моделирования.
Ключевые слова: геоэкологический анализ, поверхностные воды, урбанизован-ная территория, центральная часть Бреста, урбоводосбор.
Введение
Процессы урбанизации вносят существенные изменения в условия существования расположенных на территориях городов водных объектов.
Гидрографические особенности городской среды определяются рядом важных факторов [1]:
- изменением характеристик поверхностного и подземного стока, которое обусловлено антропогенным изменением рельефа и гидрографии территории;
- величиной водного фонда территории;
- характером водонесущих коммуникаций и гидротехнических сооружений;
- использованием водных ресурсов, как на территории города, так и из внешних источников водообеспечения.
Реки и водоёмы на территории города испытывают повышенную нагрузку по загрязняющим веществам, утрачивают основные свойства природных водных объектов (естественные условия формирования, питания и самоочищения) и переходят в разряд природно-техногенных водохозяйственных объектов.
В пределах г. Бреста протекают реки Западный Буг и Мухавец. По водному режиму они относятся к равнинным, имеют небольшие уклоны и скорости течения. Долина Мухавца у Бреста постепенно сливается с долиной Западного Буга, на западной окраине города Мухавец впадает в Западный Буг, раздваиваясь на два рукава. По северной окраине Бреста протекает небольшая река Лесная, правый приток Западного Буга.
Современная территория г. Бреста относится к трём элементарным водосборным бассейнам. В данном случае под элементарным водосборным бассейном нами понимается часть земной поверхности, сток с которой непосредственно осуществляется только в одну реку. Крайняя северо-западная часть города (10,9 % территории) располагается в пределах бассейна реки Лесная, крайняя западная (11,5 % территории) — в пределах элементарного водосбора реки Западный Буг. Большая часть городской территории (77,6 %) располагается в пределах бассейна реки Мухавец, где гидрографическая сеть подверглась наибольшим антропогенным изменениям [9].
Каждый из водосборов имеет свою специфику хозяйственного освоения, которая выражается в характерном соотношении территорий застройки, транспортной инфраструктуры, хозяйственного и общего использования. Специфичным для каждого из частичных водосборов является расположение промышленных предприятий, систем ливневой канализации и выпусков сточных вод.
В пределах г. Бреста располагается 27 выпусков сточных вод ливневой канализации в реки Мухавец, Западный Буг и Лесная, 6 из которых имеют очистные сооружения. Также выпуски сточных вод имеют 14 предприятий города.
Качество вод рек Западный Буг и Мухавец в черте г. Бреста за период 20102013 гг. характеризовалось неоднократным превышением ПДК по азоту аммонийному, азоту нитритному, фосфору фосфатному [4-7].
Таким образом, особую актуальность приобретает моделирование условий формирования поверхностных вод различного типа урбанизованных территорий, в частности, г. Бреста.
Методика исследования
В ходе исследования были использованы описательный, сравнительно-географический, и картографический методы, а также методы ГИС-технологий, полевых и дистанционных наблюдений. Были проанализированы литературные источники с целью изучить городскую среду г. Бреста и состояние её водного компонента.
Основная часть исследования включала два этапа:
- разработку и создание ГИС «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста»;
- использование созданной ГИС для моделирования условий и факторов формирования поверхностных вод в пределах исследуемой территории.
Для создания ГИС «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста» использовался пакет настольной ГИС — ArcView GIS. Создание ГИС-проекта происходило в несколько этапов. 1 этап. Разработка структуры геоинформационной системы. ГИС «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста» характеризуется внутренней и внешней структурой (рис. 1).
Рис. 1. Структура ГИС «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста»
Внутренняя структура представляет схему хранения документов:
• блок «Data» включает статистические и расчётные базы данных (в виде Ехсе1, Access);
• блок «Layers» хранит основные шейп-файлы и слои;
• блок «Legends» содержит легенды к тематическим, оценочным и синтетическим картам;
• блок «Raster» включает растровые карты;
• блок «Maps makets» хранит готовые макеты карт и картосхем.
Внешняя структура (рис. 2) включает две базы данных: реляционную, которая содержит табличный материал, и картографическую, в которой хранятся карты и др. Реляционная (статистическая) база данных представляет собой легенды к полигональным векторным темам географической базы данных, либо таблицы статистической информации, включающие расчетные первичные и интегральные показатели.
2 этап. Сбор, обработка и оцифровка растрового картографического материала, необходимого для проведения ГИС-анализа гидрографических особенностей городской среды. На данном этапе были выполнены следующие виды работ:
- изучены и проанализированы литературные и картографические источники, содержащие необходимый картографический материал;
- переведена в электронную форму собранная растровая картографическая информация; векторизация проводилась как автоматическим, так и ручным способом;
- векторизованные карты в виде группы файлов (*.dbf — файл хранит атрибутивные данные объектов, *.shp — файл хранит информацию о пространственных данных (геометрии координат) объектов, *.shx — файл хранит индекс геометрии объектов) использованы в качестве рабочих слоёв в ArcView GIS.
Рис. 2. Окно ГИС-проекта и атрибутивные таблицы тем «Выпуски» и «Урбоводосборы»
Кроме того, на данном этапе было произведено выделение урбоводосборов центральной части г. Бреста на основании оцифрованных картографических данных, которые отражают:
- характер рельефа центральной части г. Бреста;
- размещение коллекторов ливневой канализации;
- сформированную улично-дорожную сеть,
- характер застройки центральной части г. Бреста и размещение её основных элементов.
Под урбоводосбором понималась часть городской территории, поверхностный сток с которой происходит в систему ливневой канализации, завершающуюся локализованным выпуском.
При выделении урбоводосборов в качестве основы использовалась карта масштабом 1 : 25 000 1939 г. с ценой сечения рельефа равной 2 метра [10]. При сопоставлении её с современной картой масштабом 1 : 200 000 с ценой сечения рельефа равной 20 метров можно сделать вывод о том, что характер рельефа центральной части Бреста изменился незначительно. Имеющиеся изменения объясняется, главным образом, строительством зданий и прокладкой дорог, а также усовершенствованием дорожного покрытия в центральной части города. Вместе с тем следует отметить, что именно в этой части города отмечается наименьшая степень трансформации характера рельефа по сравнению с 1939 г.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что в качестве основы для выделения урбоводосборов в пределах исследуемой территории можно использовать карту 1939 г.
При проведении ГИС-анализа использовались обе модели представления географических объектов в ГИС: как векторная (итоговые карты и картосхемы), так и растровая (схема генерального плана г. Бреста масштаба 1 : 21 000 [8], и др.).
При оцифровке картографических данных использовались следующие типы дискретных объектов, представленные в ГИС:
- точечные (темы «Выпуски сточных вод», «Количество АТС (автотранспортных средств) на точках наблюдений»);
- линейные (темы «Коллекторы ливневой канализации», «Железная дорога», и др.);
- полигональные (темы «Городские кварталы», «Урбоводосборы», «Зелёные насаждения», «Типы территорий»).
В результате проведённой работы в структуре геоинформационной системы выделялись следующие тематические слои: площадь города, зелёные насаждения, городские кварталы, типы территорий, водные объекты, дорожные заторы, количество АТС на точках наблюдений, железная дорога, коллекторы, рельеф, урбоводосборы, выпуски сточных вод, центральная часть города.
3 этап. Компьютерная обработка данных, нанесение на картографическую основу ранее полученных данных, создание атрибутивных таблиц и диаграмм.
На данном этапе были созданы атрибутивные таблицы тем «Выпуски», содержащие данные о качестве сточных вод ливневой канализации на выходе из выпусков, «Урбоводосборы» и «Количество АТС на точках наблюдений».
4 этап. Компоновка геоинформационной системы «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста».
На данном этапе, в результате сочетания различных тематических слоёв, были созданы следующие итоговые карты, характеризующие отдельные аспекты условий формирования поверхностных вод в пределах исследуемой территории:
- карта урбоводосборов центральной части г. Бреста,
- карта застройки центральной части г. Бреста,
- карта транспортной нагрузки в пределах урбоводосборов центральной части г. Бреста.
После завершения создания данной ГИС, на основе полученных карт был проведён анализ особенностей формирования поверхностных вод как в пределах центральной части г. Бреста в целом, так и в пределах каждого из выделенных урбоводосборов, в частности. Кроме того, были рассмотрены факторы, оказывающие влияние на качество сточных вод ливневой канализации в пределах исследуемой территории.
В ходе анализа условий формирования поверхностных вод были созданы базы данных, содержащие информацию о качестве поверхностных вод, отводимых в окружающую среду, а также характеристики урбоводосборов и структуре их застройки.
Был произведён анализ данных, предоставленных в КУП «Брестское дорожно-эксплуатационное предприятие», о содержании взвешенных веществ и нефтепродуктов в сточных водах на выходе из выпусков за 2010-2013 гг. При анализе качества сточных вод, выпускаемых в водные объекты г. Бреста, были составлены таблицы и диаграммы, характеризующие состав и концентрацию загрязняющих веществ за рассматриваемый период.
Также была проанализирована схема генерального плана г. Бреста с целью изучения характера застройки и размещения её элементов в пределах урбоводосборов
центральной части г. Бреста, в результате чего были составлены и проанализированы диаграммы, отражающие соотношение площади различных типов территорий в пределах центральной части г. Бреста и отдельно в пределах каждого из выделенных урбоводосборов.
Кроме того, был проанализирован характер движения автомобильного транспорта: методом непосредственного наблюдения была произведена оценка интенсивности транспортного потока в пределах исследуемой территории с целью определения степени воздействия транспортной нагрузки на формирование качества поверхностных вод в пределах урбоводосборов центральной части г. Бреста.
Центральная часть г. Бреста включает в себя историческое ядро города и ближайшую к нему интенсивно застроенную территорию. На протяжении XX в. эта территория трансформировалась, однако в значительной мере она сохраняет старую планировку. Исследуемая территория с востока и севера ограничена железнодорожными путями, с юга — рекой Мухавец, а на западе примыкает к мемориальному комплексу «Брестская крепость-герой». Центральная часть г. Бреста располагается в пределах двух холмов, абсолютные высоты которых составляют около 139 метров.
На основании характера улично-дорожной сети, размещения коллекторов ливневой канализации и характера рельефа в пределах центральной части г. Бреста можно выделить восемь урбоводосборов, обозначенных заглавными буквами латинского алфавита (А, В, С, D, Е, ^ G, Н) и соответствующих восьми выпускам сточных вод ливневой канализации, расположенным в центральной части г. Бреста (рис. 3).
Состояние и факторы формирования поверхностных вод в пределах центральной части г. Бреста
Характеристика урбоводосборов центральной части г. Бреста
/\/ 139
Городские кварталы
| Зеленые насаждения
Коллекторы
Рис. 3. Урбоводосборы центральной части г. Бреста
Как уже было сказано ранее, урбоводосбор можно определить как территориальную единицу, формирующуюся на исходно природной территории, трансформированной в результате строительства и функционирования городских объектов, инженерных коммуникаций, дорог, в границах которых, под влиянием сочетания различных факторов, происходит формирование поверхностного стока и качества сточных вод ливневой канализации.
Урбоводосборы выделены на основании плана г. Бреста масштаба 1 : 21 000, схемы размещения коллекторов ливневой канализации и карты рельефа г. Бреста с ценой сечения 2 метра.
Данная схема урбоводосборов является генерализованной, т. к. основной задачей было выделение урбоводосборов первого порядка для их дальнейшего изучения.
Наибольшую площадь в пределах центральной части г. Бреста занимают урбоводосборы A и H. Урбоводосбор A занимает более половины исследуемой территории, и охватывает территорию площадью 246 га. Данный водосбор характеризуется разветвлённой сетью коллекторов ливневой канализации, что позволяет в его пределах выделить урбоводосборы второго и третьего порядка, которые по своей площади будут соответствовать менее крупным по площади водосборам первого порядка. Коллекторы ливневой канализации в пределах данного урбоводосбора соответствуют наиболее оживлённым в плане движения автотранспорта улицам: Бульвару Космонавтов, Бульвару Шевченко, ул. Гоголя, ул. Ленина, ул. Машерова.
Урбоводосбор H, площадью 109 га, занимает северо-западную часть центральной зоны г. Бреста. Несмотря на большую площадь данного урбоводосбора, он характеризуется неразветвлённой сетью коллекторов ливневой канализации.
Оставшиеся шесть урбоводосборов (B, C, D, E, F, G) располагаются в южной части центральной зоны г. Бреста вдоль правого берега реки Мухавец, занимают площадь 87,5 га, и характеризуются неразветвлённой сетью коллекторов ливневой канализации.
Таким образом, выделенные урбоводосборы различаются не только по величине площади занимаемой ими территории, но и по конфигурации улично-дорожной сети, сети коллекторов ливневой канализации, а также по характеру застройки территории, которая является одним из ведущих факторов, определяющих гидрографические особенности городской среды. Так, наличие плотной застройки и асфальтового покрытия приводит к наибольшим изменениям характеристик поверхностного стока. Исследование основывалось на том, что городская застройка представляет собой особый элемент урбосистем, важной характеристикой которого является высокая мо-заичность в распределении [3].
На основе схемы генерального плана г. Бреста при помощи программного обеспечения ArcView GIS, был проведён анализ характера застройки центральной части города и отдельных урбоводосборов. С помощью инструментов ГИС была оцифрована схема генерального плана г. Бреста, затем, на полученный тематический слой «Тип территорий», был наложен уже имеющийся слой «Урбоводосборы», что позволило проанализировать характер застройки в пределах каждого урбоводосбора.
Анализ размещения разных типов территорий в пределах центральной части г. Бреста показал, что исследуемая территория в этом отношении достаточно сложна по структуре, что одни территории занимают значительную площадь, но дисперсны в пространстве (например, административная застройка), другие занимают незначи-
тельные площади, но располагаются компактно по исследуемой территории (ланд-шафтно-рекреационная зона).
В пределах центральной части города выделяется 20 типов территорий. При этом 16 типов территорий занимают 1 % и более от общей площади исследуемой территории. Наибольшую площадь занимают административная застройка (29 %), жилая многоквартирная застройка (17 %), а также железная дорога (12 %). Наименьшая площадь (около 1 %) приходится на жилую усадебную застройку, зелёные насаждения и насаждения водоохранных зон, туристско-рекреационные объекты, лечебно-оздоровительные учреждения и спортивные объекты. Также стоит отметить, что в пределах центральной части города невелика доля ландшафтно-рекреационной зоны (11 %).
К особенностям структуры застройки центральной части г. Бреста следует отнести наличие в ней малой доли территорий, занимаемых промышленными предприятиями, на которые приходится около 2 % от общей площади рассматриваемой территории. При этом 3 % в структуре застройки центральной части г. Бреста приходится на транспортные предприятия.
В границах каждого из выделенных урбоводосборов отмечается разное количество типов территорий, что объясняется различием в величине площади занимаемой ими территории: чем больше площадь урбоводосбора, тем большее количество типов территорий выделяется в его пределах.
В структуре застройки рассматриваемых урбоводосборов выделяется от 3 до 14 типов территорий (табл. 1).
Таблица 1
Урбоводосборы центральной части г. Бреста
Урбоводосбор Площадь, га Количество типов территорий Выпуск, № Местоположение выпуска
А 246 14 11 Район улицы Набережная и бульвара Шевченко
Б 11,6 6 10 Район улицы Набережная
C 3,6 3 9 Район улицы Набережная
D 10 6 8 Район улицы Советская
Е 9,6 9 7 Район улицы 17-го Сентября
F 14 6 6 Район речного порта
G 38,7 6 5 Район брестской ТЭЦ
Н 109 11 4 Район улицы Зубачева (автостоянка)
Наибольшее количество типов территорий (14) выделено в пределах урбоводосбора А. Данный водосбор занимает самую большую площадь (246 га), в пределах которой наибольшая доля приходится на административную застройку (29 %) и жилую многоквартирную застройку (26 %). Наименьшую площадь в пределах данной территории (около 1 %) занимают такие типы территорий, как пляж, спортивные объек-
ты, пешеходная улица. Жилая многоквартирная застройка, как и административная, характеризуется мозаичностью в распределении, однако занимает преимущественно восточную часть урбоводосбора А, территории под административной застройкой концентрируются в западной части рассматриваемого урбоводосбора.
Урбоводосбор В занимает сравнительно небольшую площадь — 11,6 га. В его пределах выделяется 6 типов территорий. Жилая многоквартирная застройка занимает 37 % площади урбоводосбора, также в его пределах велика доля административной застройки (24 %). Наименьшую площадь в границах исследуемой территории занимают зелёные насаждения (3 %), а также туристско-рекреационные объекты (7 %).
Наименьшее количество типов территорий выделено в пределах урбоводосбо-ра С. Данный водосбор занимает наименьшую площадь (3,6 га), в пределах которой наибольшая доля приходится на жилую многоквартирную застройку (42 %), а также на туристско-рекреационные объекты (32 %). Ещё 26 % от общей площади рассматриваемого урбоводосбора занимают территории под административной застройкой.
Площадь урбоводосбора D составляет 10 га, в структуре его застройки выделяется 6 типов территорий. Более половины рассматриваемой территории (52 %) занимают культурно-развлекательные объекты, также велика доля (20 %) туристско-ре-креационных объектов, территории под которыми концентрируются в южной части урбоводосбора.
Наименьшая доля в структуре застройки данного урбоводосбора (менее 2 % от общей площади) приходится на такие типы территорий, как торгово-бытовые учреждения и зелёные насаждения.
К особенностям застройки данного урбоводосбора следует отнести небольшую долю территорий под административной и жилой многоквартирной застройкой, которые занимают 9 % и 16 % от общей площади исследуемой территории соответственно.
Урбоводосбор Е примерно равен по площади урбоводосбору D — его площадь составляет 9,6 га. Однако в его пределах выделяется большее количество типов территорий (9). Наибольшую площадь в границах данного урбоводосбора занимают торгово-бытовые учреждения (25 %) и культурно-развлекательные объекты (22 %). Также в структуре застройки значительную долю (17 %) занимают территории под коммунально-складскими предприятиями.
Наименьшую площадь в пределах данного урбоводосбора занимают типы территорий под культовыми объектами (2 %), 3 % от площади рассматриваемой территории приходится на зелёные насаждения. Кроме того, структура застройки урбоводосбора Е также характеризуется небольшой долей территорий под административной и жилой многоквартирной застройкой — они занимают 5 % и 14 % от общей площади рассматриваемой территории соответственно.
В структуре застройки урбоводосбора F, площадь которого составляет 14 га, выделяется 6 типов территорий, из которых наибольшая доля (40 %) приходится на жилую многоквартирную застройку. Также в границах исследуемой территории велика доля ландшафтно-рекреационной зоны, которая занимает 23 % от общей площади и располагается в южной части рассматриваемой территории, у берега реки Мухавец. Наименьшую площадь (3 %) в пределах данного урбоводосбора приходится на территорию под торгово-бытовыми учреждениями.
В границах урбоводосбора G, который является третьим по площади занимаемой территории (38,7 га), выделяется 6 типов территорий. Наибольшую площадь (59 %) в пределах данного урбоводосбора занимает административная застройка. Также стоит отметить, что в пределах исследуемой территории, в отличие от предыдущих, 14 % от общей площади приходится на промышленные предприятия. Наименьшую площадь в пределах урбоводосбора G занимают территории под культурно-развлекательными объектами, 7 % от общей площади занимают насаждения водоохранных зон. Характерная особенность данного урбоводосбора — отсутствие в структуре застройки территорий под жилой многоквартирной застройкой.
Урбоводосбор H является вторым по площади занимаемой территории (109 га), в пределах которой выделяется 11 типов территорий. Наибольшая доля от общей площади рассматриваемого урбоводосбора приходится на железную дорогу (30 %) и ландшафтно-рекреационную зону (28 %). Данные типы территорий отличаются компактным расположением в пределах урбоводосбора H: железная дорога занимает северную часть урбоводосбора, ландшафтно-рекреационная зона — центральную.
Наименьшая доля (2 % и менее) от общей площади данного урбоводосбора приходится на территории под насаждениями водоохранных зон, транспортными предприятиями и зелёными насаждениями.
К особенностям застройки рассматриваемой территории следует отнести наличие в ней территорий под жилой усадебной застройки, на которую приходится 4 % от общей площади, а также малую долю территорий под жилой многоквартирной (4 %) и административной (19 %) застройкой.
Анализ структуры застройки урбоводосборов центральной части г. Бреста выявил следующие особенности:
- в пределах урбоводосборов A, B, C и G велика доля жилой многоквартирной и административной застройки, а доля территорий под зелёными насаждениями и ланд-шафтно-рекреационной зоной невелика (около 5 % от общей площади территории);
- в структуре застройки урбоводосборов D, E, F и H, напротив, площадь территорий под административной и жилой многоквартирной застройкой меньше, однако доля территорий под зелёными насаждениями, ландшафтно-рекреационной зоной, туристско-рекреационными объектами выше.
Выявленные особенности застройки урбоводосборов могут быть использованы в ходе дальнейшего моделирования процессов формирования качества сточных вод ливневой канализации.
Анализ факторов формирования качества сточных вод в пределах центральной части г. Бреста
Одним из факторов, вызывающих ухудшение экологического состояния городской среды, а также влияющих на формирование качества ливневого стока, является автотранспорт. Негативное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду снижает возможности регенерации окружающей среды и частичной ассимиляции всех направлений отрицательного воздействия. Это привело к доминирующей роли автомобильного транспорта среди всех основных источников воздействия на окружающую среду в городах [2].
С точки зрения степени потребления природных ресурсов, воздействия на все социальные процессы в обществе, влияния на окружающую среду, существенным
является не отдельный автомобиль, а транспортный поток — большая совокупность движущихся автотранспортных средств (АТС). Поэтому для определения степени воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду необходимо оценить интенсивность транспортного потока в пределах исследуемой территории.
Для достижения этой цели в границах выделенных урбоводосборов были выбраны точки, на которых происходила оценка интенсивности транспортного движения. Критерием выбора местоположения данных точек послужило расположение элементов сети ливневой канализации, а также наличие постоянного движения автотранспорта. Количество точек в пределах отдельного урбоводосбора было обусловлено величиной его площади. В результате было выбрано 10 точек наблюдений: 3 точки в пределах урбоводосбора А, который занимает наибольшую площадь; 2 точки в пределах урбоводосбора Н, и по одной точке в пределах урбоводосборов С, D, Е, F и G.
Следует отметить, что наблюдения за интенсивностью транспортного движения не проводились в пределах урбоводосбора В, т. к. сеть коллекторов ливневой канализации расположена под жилой застройкой, а постоянная транспортная нагрузка отсутствует.
Основной целью данного исследования являлось определение максимальной интенсивности транспортного потока в пределах урбоводосборов, поэтому наблюдения проводились в будние дни в так называемый «час пик», с 17.30 до 18.00.
Данные, полученные в результате наблюдений за интенсивностью транспортного потока в пределах выделенных урбоводосборов, представлены в табл. 2.
Таблица 2
Интенсивность транспортного потока в пределах центральной части города Бреста
Точка, № Количество
Урбоводосбор Местоположение Дата автотранспортных средств
1 Бульвар Шевченко 30.04.2015 1386
А 2 Бульвар 29.04.2015 1245
Космонавтов
3 Улица Ленина 27.04.2015 1123
С 4 Набережная Ф. 14.04.2015 367
Скорины
D 5 Улица Советская 16.04.2015 231
Е 6 Улица 17-го 17.04.2015 278
Сентября
Б 7 Улица Ленина 23.04.2015 243
в 8 Проспект Машерова 24.04.2015 332
9 Улица Фомина 04.05.2015 67
Н 10 Улица Орджоникидзе 05.05.2015 954
Наибольшая интенсивность транспортного потока отмечается на точках, расположенных в пределах урбоводосбора А: в рассматриваемый период времени на точках наблюдений было насчитано более 1000 автотранспортных средств.
Урбоводосборы С, D, Е, F и G характеризуются умеренной интенсивностью движения автотранспорта: от 231 автотранспортного средства в пределах урбоводос-
бора D до 367 в пределах урбоводосбора С. Такие показатели обусловлены тем, что наблюдения проводились на улицах, расположенных на окраине исследуемой территории, а точки наблюдений в пределах урбоводосборов D и E располагались на улицах с односторонним движением.
Интенсивность транспортного потока в пределах урбоводосбора H, второго по величине занимаемой площади, на различных точках существенно различается: на точке № 10 за рассматриваемый период времени было насчитано 954 автотранспортных средства, а на точке № 9 — всего 67.
Величина выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду зависит не только от интенсивности движения автотранспортных средств, но и от типа автомобиля (в частности, от типа двигателя) и его скоростного режима. По правилам дорожного движения, в населённых пунктах разрешается движение транспортных средств со скоростью не более 60 км/ч, в жилых и пешеходных зонах, на прилегающих территориях — не более 20 км/ч.
Наибольшие значения выбросов оксида углерода (СО) приходится на автотранспортные средства, движущиеся со скоростью менее 60 км/ч, с бензиновыми двигателями. Наибольшие выбросы оксидов азота (NOX) приходится на автотранспортные средства с дизельными двигателями, движущиеся со скоростью от 0 до 60 км/ч.
Следует отметить, что движение автотранспортного средства представляет собой совокупность четырёх фаз: фаза разгона; фаза движения автомобиля с постоянной скоростью; фаза замедления; фаза работы в режиме холостого хода.
Удельная значимость каждой фазы с экологической точки зрения существенно отличается. Так, режим холостого хода отличается увеличением выбросов вредных веществ: концентрация оксида углерода (СО) при работе двигателя в фазе холостого хода превышает этот показатель для фазы движения с постоянной скоростью в 2,1 раза, а на режиме замедления — в 1,6-1,9 раза.
Таким образом, для определения степени воздействия автомобильного транспорта на исследуемую территорию, необходимо изучить распространение дорожных заторов в пределах центральной части г. Бреста.
Наблюдения за распространением автомобильных пробок в пределах исследуемой территории в «час пик» (с 17.30 до 18.00) проводились 15, 22 и 28 апреля 2015 г. с помощью Интернет-ресурса «Яндекс. Карты», на котором информация о дорожных происшествиях обновляется каждые 5 минут. В результате анализа полученной информации и распространении автомобильных пробок в пределах центральной части г. Бреста были выбраны участки улично-дорожной сети, характеризующиеся наиболее частым возникновением дорожных заторов (рис. 4).
Полученная информация об интенсивности транспортного движения и распространении автомобильных пробок позволяет определить степень воздействия транспортной нагрузки на каждый из урбоводосборов в пределах исследуемой территории. Наибольшая транспортная нагрузка оказывается на территорию ур-боводосбора A, в пределах которого отмечается наибольшая интенсивность транспортного движения, а также наибольшее количество возникающих автомобильных пробок, которые также отмечаются на северо-востоке урбоводосбора H, в пределах урбоводосборов B, C и D.
• Выпуски
I | Урбоводосборы
Количество АТС на точках наблюдений
• менее 200
• 200 - 600 • 600-1000 ф более 1000
^^Автомобильные пробки А/Железная дорога щ Водные объекты Щ Зеленые насаждения | Городские кварталы
Рис. 4. Транспортная нагрузка в пределах центральной части г. Бреста
Средняя скорость движения автотранспортных средств, за исключением отрезков улично-дорожной сети, на которых возникают дорожные заторы, за рассматриваемый период в пределах центральной части г. Бреста изменяется от 15 до 30 км/ч.
Характеристика поверхностных сточных вод, отводимых в окружающую среду в пределах центральной части г. Бреста
Анализ характеристики поверхностных сточных вод, отводимых в окружающую среду, производился на основе данных, предоставленных в КУП «Брестское дорожно-эксплуатационное предприятие», за 2010-2013 гг., которые содержат информацию о концентрациях загрязняющих веществ в сточных водах на выходе из выпусков ливневой канализации.
Следует отметить, что за рассматриваемый период в связи с изменением технического кодекса установившейся практики (ТКП) изменились показатели, по которым производился анализ качества поверхностных сточных вод, а также порядок забора проб сточных вод на выходе их выпусков ливневой канализации. В 2010 г. характеристика качества сточных вод производилась по величине концентрации следующих загрязняющих веществ: взвешенные вещества, сухой остаток, БПК5 (биологическое потребление кислорода), АПАВ (анионные поверхностно-активные вещества), сульфаты, хлориды, нефтепродукты, хром, медь, никель, цинк, водородный показатель (рН). После изменения ТКП, с 2012 г., характеристика качества сточных вод производилась только по концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ, а также по реакции воды по водородному показателю.
В пределах центральной части г. Бреста располагается 8 выпусков сточных вод. Все выпуски, кроме выпуска № 4, не имеют очистных сооружений. В 2010 г. забор проб сточных вод производился на выходе из всех восьми выпусков, в 2011 г. — на вы-
ходе из выпуска № 4 по одному показателю (концентрация нефтепродуктов). В 20122013 гг. забор проб производился на выходе из выпусков №№ 4, 5, 8, 10, 11 (табл. 3).
Таблица 3
Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых в окружающую среду, 2010-2013 гг.
Выпуск, № Урбо-водосбор Нефтепродукты, мг/дм3 Взвешенные вещества, мг/дм3
2010 2011 2012 2013 2010 2011 2012 2013
4 Н 0,677 0,1 0,265 0,29 32,925 - 11,95 8,6
5 G 0,56 - 0,1 0,1 18,563 - 7,8 7,8
6 F 0,604 - - - 29,325 - - -
7 Е 3,393 - - - 169,2 - - -
8 D 0,677 - 0,235 0,19 51,075 - 14,45 11,1
9 С 0,972 - - - 29,988 - - -
10 В 0,359 - 0,28 0,27 34,913 - 13,55 8
11 А 1,894 - 0,275 0,28 116,73 - 16,9 7,3
ПДК 0,3 10,1 20
Кроме изменения количества показателей, по которым производилась характеристика качества поверхностных сточных вод, уменьшилась также и частота забора проб сточных вод на выходе из выпусков.
В связи с отмеченными изменениями в техническом кодексе установленной практики, анализ качества сточных вод на выходе из выпусков ливневой канализации производился отдельно для 2010 г. и для периода с 2011 по 2013 гг.
По полученным данным, в 2010 г. превышение ПДК содержания взвешенных веществ в сточных водах отмечается на выходе из всех выпусков, расположенных в пределах исследуемой территории. Наименьшая концентрация взвешенных веществ в сточных водах отмечается на выходе из выпуска № 5 и составляет 18,563 мг/дм3. Максимальная концентрация взвешенных веществ в сточных водах отмечается на выходе из выпуска № 7 и составляет 169,2 мг/дм3. Также данный показатель достаточно высок на выходе из выпуска № 11 — 116,73 мг/дм3. На выходе из выпуска № 4, имеющего очистные сооружения, концентрация взвешенных веществ в сточных водах превышала ПДК в 3 раза и составляла 32,925 мг/дм3.
Концентрация нефтепродуктов в сточных водах в 2010 г. превышала ПДК на выходе из всех выпусков в пределах исследуемой территории. Минимальная концентрация нефтепродуктов в сточных водах отмечалась на выходе из выпуска № 10 и составляла 0,359 мг/дм3. Наибольшее содержание нефтепродуктов отмечалось в сточных водах на выходе из выпуска № 7 и составляло 3,393 мг/дм3. Кроме того, достаточно высокая концентрация нефтепродуктов в сточных водах отмечалась на выходе из выпуска № 11 — 1,894 мг/дм3. Содержание нефтепродуктов в сточных водах на выходе из выпуска № 4, имеющего очистные сооружения, в 2010 г. составляло 0,677 мг/дм3
В 2011 г. в пределах исследуемой территории забор проб сточных вод производился на выходе из выпуска № 4. Характеристика качества проводилась на основе одного показателя — концентрации нефтепродуктов, которая составляла 0,1 мг/дм3.
Наблюдения, производимые в 2012 и 2013 гг., осуществлялись выборочно на выпусках № 4, 5, 8, 10 и 11. Также следует отметить, что в связи с изменениями в техническом кодексе установленной практики увеличилась величина допустимой концентрации взвешенных веществ в сточных водах на выходе из выпусков: если в 2010 г. она составляла 10,1 мг/дм3, то с 2012 г. она равняется 20 мг/дм3.
Концентрация взвешенных веществ в сточных водах на выходе из данных выпусков за рассматриваемый период не превышала ПДК. Наименьшее содержание взвешенных веществ в сточных водах в 2012-2013 гг. отмечалось на выходе из выпуска № 5 и составляло 7,8 мг/дм3.
Максимальная концентрация данного загрязняющего вещества в сточных водах в 2012 г. отмечалась на выходе из выпуска № 11 и составляла 16,9 мг/дм3, а также на выходе из выпуска № 8 — 14,45 мг/дм3. На выходе из этого же выпуска была отмечена наибольшая концентрация нефтепродуктов в 2013 г. — 11,1 мг/дм3. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах на выходе из выпуска № 4, который имеет очистные сооружения, в 2012 г. составляла 11,95 мг/дм3, а в 2013 г. уменьшилась и равнялась 8,6 мг/дм3. Следует отметить, что за 2012-2013 гг. концентрация взвешенных веществ в сточных водах также уменьшилась на выходе из выпусков №№ 8, 10, и 11.
Концентрация нефтепродуктов в сточных водах в 2012-2013 гг. на выходе из выпусков, располагающихся в пределах исследуемой территории, не превышала ПДК. Минимальная концентрация нефтепродуктов в сточных водах в 2012 и 2013 гг. отмечалась на выходе из выпуска № 5 и составляла 0,1 мг/дм3.
Наибольшее содержание нефтепродуктов в сточных водах в 2012 г. отмечалось на выходе из выпуска № 10 и составляло 0,28 мг/дм3, также достаточно высокая концентрация данного загрязняющего вещества в сточных водах отмечалась на выходе из выпуска № 11 — 0,275 мг/дм3.
В 2013 г. максимальное содержание нефтепродуктов в сточных водах было отмечено на выходе из выпуска № 4 (данный выпуск имеет очистные сооружения), концентрация загрязняющего вещества составляла 0,29 мг/дм3. Высокий показатель содержания нефтепродуктов в сточных водах в 2013 г. также отмечался на выходе из выпуска № 11 и составлял 0,28 мг/дм3. Следует отметить, что уменьшение концентрации нефтепродуктов в сточных водах за рассматриваемый период было отмечено на выходе из выпусков №№ 10 и 8. На выходе из выпусков №№ 4 и 11 содержание нефтепродуктов в сточных водах за 2012-2013 гг. увеличилось.
Таким образом, из анализа качества поверхностных сточных вод, отводимых в окружающую среду, можно сделать следующие выводы о характере условий формирования стока урбоводосборов центральной части г. Бреста:
1. Наиболее загрязнённые сточные воды формируются в пределах урбоводосбо-ра Е (выпуск № 7) и А (выпуск № 11): за рассматриваемый период сточные воды на выходе из данных выпусков отличались наибольшей концентрацией загрязняющих веществ. Это объясняется расположением в их пределах улиц, характеризующихся оживлённым движением автотранспорта, образованием заторов на дорогах, что в свою очередь оказывает отрицательное влияние на качество атмосферного воздуха и формирующихся с выпадением осадков сточных вод. Также следует отметить и большую площадь урбоводосбора А (172 га), с которой стекают сточные воды и попадают в водный объект через выпуск № 11.
2. Сточные воды с наименьшей концентрацией загрязняющих веществ формируются в пределах урбоводосбора В (выпуск № 10), который характеризуется небольшой площадью (8,5 га), размещением в его пределах преимущественно жилой застройки, а также отсутствием постоянной транспортной нагрузки.
Заключение
По итогам проведённого исследования получены следующие результаты.
1. Разработана методика геоэкологического анадиза условий формирования поверхностных вод центральной части г. Бреста, основывающаяся на выделении урбо-водосборов — частей городской территории, поверхностный сток с которых происходит в систему ливневой канализации, завершающуюся локализованным выпуском.
2. Для моделирования факторов формирования поверхностных вод исследуемой территории созданна ГИС «Условия формирования поверхностных вод центральной части города Бреста».
3. Для выделенных урбоводосборов центральной части г. Бреста установлены различия по площади, конфигурации улично-дорожной сети и сети коллекторов ливневой канализации, характеру застройки территории, интенсивности транспортной нагрузки.
4. Установлено, что различия факторов формирования поверхностных вод выделенных урбоводосборов определяют неоднородность формирования объёмов стока воды и отражаются в показателях концентрации загрязняющих веществ в сточных водах на выходе из выпусков ливневой канализации.
Практическая значимость настоящего исследования определяется возможностью использования его результатов в ходе выработки предложений по рациональному использованию и охране поверхностных вод в пределах центральной части г. Бреста. Созданная модель урбоводосборов может быть использована в качестве основы для дальнейшего накопления информации об условиях и факторах формирования поверхностных вод, а также их моделирования.
Литература
1. Бойкова И. Г. [и др.] Эксплуатация, реконструкция и охрана водных объектов в городах: Учебное пособие для вузов. М.: Изд-во АСВ, 2008. 256 с.
2. Жданов В. Л. Экологические проблемы автомобильного транспорта в городах. Кемерово, 2012. 190 с.
3. Жихарев А. М. Расчёт плоскостного поверхностного стока дождевых вод с урбанизированных территорий центральной части г. Ярославля (Часть I) // Ярославский педагогический вестник. № 2. Том III (Естественные науки). 2011. С. 137-142.
4. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь: результаты наблюдений, 2010 / Под общ. ред. С. И. Кузьмина, В. В. Савченко. Минск, 2011. 308 с.
5. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь: результаты наблюдений, 2011 / Под общ. ред. С. И. Кузьмина, И. В. Комоско. Минск, 2012. 320 с.
6. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь: результаты наблюдений, 2012 / Под общ. ред. С. И. Кузьмина [Электронный ресурс]. Электрон. текстовые, граф. данные (173 Мб). Минск, 2013.
7. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь: результаты наблюдений, 2013 / Под общ. ред. М. А. Ересько [Электронный ресурс]. Электрон. текстовые, граф. данные (31,5 Мб). Минск, 2014.
8. Схемы генеральных планов г. Бреста, г. Барановичи, г. Каменец, г. Жабинка, г. Пружаны, г. Малорита / Брестский областной исполнительный комитет. [Электронный ресурс]: URL: http://www.brest-region.by/index.php/stroitelstvo/108-skhemy-generalnykh-planov-g-bresta-g-baranovichi-g-kamenets-g-zhabinka-g-p-ruzhany-g-malorita (дата обращения: 14.04.2015).
9. Токарчук О. В. Некоторые аспекты трансформации гидрографической сети в черте современного г. Бреста в XIX-XX вв. // Вестн. Белорус. гос. ун-та. Сер. 2, Химия. Биология. География. № 1. 2004. С. 69-74.
10. Brzesc nad Bugiem. Mapa topograficzna. 1 : 25 000. Warszawa : WIG, 1925. 1 m.
Об авторах
Токарчук Олег Васильевич — кандидат географических наук, доцент кафедры географии Беларуси, Брестский государственный университет имени А. С. Пушкина, Беларусь.
E-mail: oleg.v.tokarchuk@mail.ru
Хоменко Дарья Владимировна — учитель географии государственного учреждения образования «Средняя школа № 18 г. Бреста», Беларусь.
E-mail: daria_homenko@mail.ru
О. Tokarchuk, D. Homenko
ANALYSIS OF CONDITIONS OF SURFACE WATER FORMATION IN URBANIZED TERRITORIES (AT THE EXAMPLE OF THE CENTRAL PART OF THE CITY OF BREST)
Territory of the city is characterized by a significant degree of anthropogenic transformation of the geosphere. However approaches to the modeling of conditions of runoff formation and surface water within the cities are studied insufficiently. At the same time the water objects in urbanized territories are at high anthropogenic pressure, and study of conditions offormation of surface water within the city is important for development of science-based areas of their management and protection. All the above is typical for the city of Brest which is located at the confluence of the Mukhavets and the Western Bug rivers and has a significant impact on their water.
The article presents the analysis of geo-ecological conditions of formation of the surface waters of the central part of Brest.
The research summarizes hydrographic features of urban environment and offers methods for geo-ecological analysis of the conditions of formation of the surface waters of the central part of the city of Brest. The article provides information about features of urban environment ofBrest, its water component, as well as water quality of the Mukhavets and the Western Bug rivers. The author models conditions and factors in the formation of surface waters of the central part of Brest.
The methods performed in the article can be used in the course of analysis of geoecological conditions of the formation of surface water in other urbanized areas.
Key words: geoecological analysis, surface water, urbanized area in the central part of the city of Brest, urban catchment area.
Псковский регионологический журнал № 23/2015 About the authors
Dr Oleg Tokarchuk, Department of Geography, A. S. Pushkin Brest State University, Brest, Belarus.
E-mail: oleg.v.tokarchuk@mail.ru
Daria Homenko, Secondary school № 18, Brest, Belarus. E-mail: daria_homenko@mail.ru
Статья поступила в редакцию 30.05.2015 г.
