Геоинформационное картографирование загрязнения снежного покрова территории города Кызыл

Хомушку Болат Германович; Тасоол Любовь Хертековна; Чупикова Светлана Алексеевна; Янчат Наталья Николаевна

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Хомушку Болат Германович ФГБОУВПО ТувГУ, аспирант, г. Кызыл, РФ Е-mail b0latik@yandex.ru Тас-оол Любовь Хертековна канд. хим. наук, с. н. с. ФГБУН ТувИКОПР СО РАН,

г. Кызыл, РФ E-mail: tasool51@mail.ru Чупикова Светлана Алексеевна канд. географ. наук, с. н. с. ФГБУН ТувИКОПР СО РАН,

г. Кызыл, РФ E-mail: s_fom@inbox.ru Янчат Наталья Николаевна н. с. ФГБУН ТувИКОПР СО РАН, г. Кызыл, РФ E-mail: janchat62@mail.ru

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА КЫЗЫЛ

Аннотация

Выполнено картирование загрязнения снежного покрова г. Кызыла по трем экологическим параметрам: среднесуточной концентрации токсичных выбросов (As и Hg) в твердой фракции снегового покрова (Ci); коэффициента концентрации (накопления) элемента в точке апробирования в сравнении с фоновым участком (Kc); показателю суммарного загрязнения снегового покрова (Zc) одиннадцатью поллютантами - Pb, Cd, As, Hg, Zn, Cu, Co, Mn, Ni, Fe и частицами сажи. На основании анализа полей и диаграмм загрязнителей в 2012-2014 гг. выявлена тенденция к ухудшению экологического состояния города.

Ключевые слова

Снежный покров, показатель суммарного загрязнения, коэффициент накопления поллютанта,

геоинформационное картографирование.

Цель настоящей работы - оценка степени и пространственного распределения загрязнений в снеговом покрове (далее СП) г. Кызыла на основе использования данных мониторинговых измерений и базы атрибутивных данных ГИС.

Материал и методы.

Мониторинг загрязнений СП проведен в период 2012-2014 с отбором проб снега на 43 участках исследуемой территории города (с пригородом) площадью 263 м2. Пробы отбирались в соответствии с руководством по контролю загрязнения атмосферы [1, с. 534] в начале марта, в период максимального снегозапаса, со всей глубины залегания снежного покрова. Содержания металлов Pb, Cd, As, Hg, Zn, Cu, Co, Mn, Ni, Fe определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии, сажи (недожег угля) - по потере абсолютно-сухой массы нерастворимой фракции снега при прокаливании при 800°С.

Для оценки состояния экологии города использовался не абсолютный показатель содержания элемента, а его превышение (в установленное число раз) над соответствующим фоновым - коэффициент концентрации где С и Сф - содержания элемента-загрязнителя в точке апробирования и в фоновой

точке. Выявление годовых трендов загрязнений проводилось с привлечением показателя суммарного загрязнения (Zc) снежного покрова:

ZC = Х Kc - (n -1),

где n - количество одиннадцати перечисленных выше поллютантов. Показатель Zc рассчитывался для СП в целом и для отдельных его фракций (талой и твердой). По значению Zc выделено пять уровней опасности загрязнения: низкий, относительно чистый и неопасный (<32); средний, слабозагрязненный и умеренно опасный (32-64); высокий, сильнозагрязненный, опасный (64-128), высокий, очень загрязненный и очень опасный (128-256) и очень высокий, максимально опасный (>256).

Использовался также показатель относительного содержания нерастворимого загрязнителя в твердой фракции устойчивого СП, накопленной в единице его объема (м3) в течение суток - среднесуточная концентрация элемента (Ci) в твердой фракции снегового покрова, (мг/кг)/(м3-сут.).

Изменения критериев загрязнения снежного покрова (Ci, Zc, Kc) исследовались в геоинформационной среде ArcGIS 9.3. с использованием модуля Geostatistical Analyst. Модуль позволяет интерполировать значения параметра на пространство между точками отбора проб на основе выявления их взаимосвязей; нами применялся детерминистский метод интерполяции, включающий методы взвешенных расстояний и радиальных базисных функций [2, c. 113-129]. Метод обратно взвешенных расстояний (IDW) рассчитывает пространственное изменение показателя, измеренного в точках отбора проб, на основе математической функции, минимизирующей кривизну поверхности вплоть до сглаженной, проходящей через все точки измерений. Метод радиальных базисных функций (RBF) позволяет строить поверхности, на которых отражаются локальные вариации параметра и его тренды; это помогает в тех случаях, когда подбор плоскости для значений в опорных точках не дает точного описания поверхности.

Значимость, изменчивость и тренды выбранных показателей загрязнений визуализировались в виде их полей и/или изолиний, а также диаграмм в точках отбора проб.

Результаты и обсуждение

Относительные содержания токсичных элементов, выпавших на СП, рассматриваются как один из основных критериев, характеризующих степень загрязнения атмосферы. На рис. 1 представлены карты загрязнений территории г. Кызыла мышьяком, включенным в твердую фракцию СП в 2014 г., построенные интерполяцией CAs методом IDW и методом RBF.

При использовании интерполяции CAs по методу IDW на карте отражаются шесть полей загрязнений мышьяком в соответствии с шестью условными (выделенными нами) областями среднесуточных выбросов Cas (фрагмент А). В точке отбора № 36, недалеко от смотровой площадки, иллюстрируется наличие локального поля максимального загрязнения со значениями Cas=(0.233-0.386) мг/кг м3сутки. Это поле нивелируется и на карту не выгружается при использовании интерполяции по методу RBF (фрагмент В).

Анализ диаграмм накоплений мышьяка в точках отбора проб показал, что в 2012, 2013, 2014 гг. коэффициент концентрации мышьяка Ko(As), усредненный по территории города, увеличивался ежегодно, составляя 8; 35; 47 единиц, соответственно.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Диаграммы накоплений Аб: коэффициент Интерполяция по методу Ю1Л/:

концентрации «.(Аэ) в твёрдой фракции поля среднесуточных содержаний Аб Рельеф снега, 2012-2014 гг. в твердой фракции снега

Гидрография а в 2014 г., С„ (мг/кгУм'сутки

ЗЁI | Кварталы ГШ 48 °-°'014

I 12012 0.015 0,038

0,039 0,076

2013 0,077 0,136

1М20,4 ж 0,137 0,232

0,233 0,386

AI

С

Рисунок 1 - Карты загрязнений снежного покрова г. Кызыла по годам и мониторинговым участкам.

Из фрагмента С (рис. 1) видно, что в городе уровень суммарных загрязнений талой фракции СП в 2013 г. был высоким, 2о=64-128. Видно также, что в 2012 г. вблизи взлетного поля аэропорта и захоронений склада химических удобрений в т.о. № 31 имело место заметное вымывание в снежный покров растворимых форм мышьяка, Кс(Л8) = 53; в 2013 г. это коэффициент снизился, Кс(Л8) = 7, вероятно, в результате принятия защитных мер. В 2013 г. усредненный коэффициент концентрации Кс(Л8) в талой фракции снега, увеличился до 14 ед. против 7 ед. в 2012 г.

На рис. 2 представлена карта загрязнения СП города выбросами ртути.

Рисунок 2 - Карта загрязнения снежного покрова г. Кызыла выбросами ртути:

НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «CETERIS PARIBUS» №1-2/2016 ISSN 2411-717Х

Расчетные поля загрязнения СП по ртути отличаются от полей загрязнения по мышьяку, прежде всего, по количеству поллютанта и расположению его источников; относительные содержания ртути CHg не превышают 0.02 мг/(кг м3 сутки). Внутри широкого поля, очерчивающего границы пространственного распределения выбросов ртути со среднесуточными содержаниями CHg=(0.005-0.008), в районе промзоны (т.о. № 23) отмечено наличие небольшого поля с более высокими содержаниями ртути, CHg=(0.008-0.013). Наибольшее загрязнение ртутью наблюдалось возле автотрассы М-54 вблизи смотровой площадки (т.о. № 36) и возле дороги к дачам Вавилинского затона (т.о. № 1). Изменения усредненного коэффициента концентрации ртути Ko(Hg) в 2012-2014 гг. были незначительны и варьировали в пределах 10-13 единиц. Следует отметить неоднозначность оценки степени загрязнения на участках за пределами территории города, где апробирование снега отсутствует или мало. Вместе с тем, такие карты играют важную роль при прогнозировании по точечным данным полей рассеивания антропогенных выбросов на межгорную котловину, окружающую город.

Рисунок 3 - Распределение изолиний накоплений ртути и полей суммарных загрязнений снежного покрова

г. Кызыла

Контуры изолиний накоплений ртути в твердой фракции снега в целом согласуются с границами полей суммарных загрязнений снежного покрова (см. рис. 3), смещения контуров отмечалось на тех же участках, где наблюдались большие значения его среднесуточных выбросов. По величине показателя суммарного загрязнения СП аэрозольными выбросами (десяти металлов и угольной сажи) значительная часть территории города имеет очень высокий, опасный для здоровья уровень, Zc=(256-512).

Заключение

Проведен анализ содержаний токсичных элементов (As и Hg) в снежном покрове урбанизированной территории, являющийся важным этапом при комплексной оценке экологического состояния г. Кызыла.

Представленные на картах города критерии загрязнений снежного покрова (Ci, Zc, Kc) дают информацию об увеличении загрязнения снежного покрова в период 2012-2014. Список использованной литературы:

1. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 693 с.

Текст научной работы на тему «Геоинформационное картографирование загрязнения снежного покрова территории города Кызыл»