CC BY
44
УДК 528.9(045)
А.В. Семакина
К РАЗРАБОТКЕ ОТДЕЛЬНЫХ СЛОЕВ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ ПРИВОЛЖСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА
Проанализирован и переведен в картографический вид материал о степени загрязнения атмосферы и гидросферы на территории Приволжского федерального округа. Предпринята попытка оценки экологической ситуации данной территории. Выделены районы с критической, напряженной и сравнительно удовлетворительной экологической ситуацией.
Ключевые слова: загрязнение, экологическая обстановка, особо охраняемые природные территории.
При составлении комплексной экологической карты Приволжского федерального округа (ПФО) использовалась информация о выбросах загрязняющих веществ (ЗВ) в 1999-2003 гг. [5-19; 25-33]. За базовый год, на основании данных которого была построена карта, был взят 2002-й. Если информация о выбросах в 2002 г. отсутствовала, использовались данные ближайшего к базовому года.
Для расчета среднегодовых значений индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) необходимо знать среднегодовые концентрации ЗВ в заданной точке. Их можно получить, используя модель распределения ЗВ по слою перемешивания. Расчет ведется по формуле [4]
^ 4 ар 1
-+1),
и
где С - средняя концентрация вещества (мг/м3) в слое перемешивания Н;
Р^ - повторяемость направления переноса в ьм секторе (в долях
единицы);
Qi - мощность источника загрязнения, тыс. т/год;
- расстояние от источника до контрольной точки, км;
и - скорость ветра в слое перемешивания, км/сут;
Н - высота слоя перемешивания, км;
т - время присутствия примеси в атмосфере, определяющееся интенсивностью процессов химической трансформации и осаждения, сут.
Расчеты концентраций отдельных веществ выполнены для точек сети 10 х 10 км с последующим вычислением величин ИЗА в тех же точках. С помощью приведенной формулы была создана программа, позволяющая по-
C= £ p RJH(R/ /т
строить цифровые модели распределения ЗВ в атмосфере (составил программу и выполнил расчет В. М. Габдуллин). В результате были получены цифровые модели распределения по территории ПФО твердых частиц, сернистого ангидрида, оксида углерода и оксидов азота. На основании полученных моделей был создан цифровой вариант карты значений ИЗА на территории ПФО. От построения модели распределения углеводородов по слою перемешивания мы отказались, так как их дальнейшее использование в расчете ИЗА невозможно (в связи с различными значениями ПДК и классов опасности у представителей этой группы ЗВ). Отказ от учета выбросов углеводородов не приведет к большим отклонениям в значениях ИЗА, так как их доля в суммарных выбросах не превышает нескольких процентов. Исключение составляют Горнозаводской, Чусовской, Октябрьский, Березовский, Лысьвянский, Пермский и Оханский районы Пермской области, где большие объемы выбросов углеводородов, вероятнее всего, обусловлены наличием газокомпрессорных станций. В гг. Самара и Нижнекамск большие объемы этих выбросов связаны с предприятиями нефтяной промышленности.
Для расчета рассеяния ЗВ в атмосфере необходимо учитывать характер атмосферных процессов. Информация о характере атмосферных процессов взята за 1988-2004 гг. [2; 3; 24]. Использование материалов 1988 г. обосновано тем, что со временем данные показатели не претерпевают сильных изменений. Если по некоторым населенным пунктам данных о «розе ветров» и среднегодовой скорости ветра не было, информация бралась по ближайшему городу, где ведутся метеорологические наблюдения. На основе имеющихся данных о высоте слоя перемешивания была построена карта (рис. 1), по которой с достаточной точностью были получены недостающие (усредненные) значения.
Информация о состоянии поверхностных вод относится к периоду 1996-2005 гг. По материалам о загрязнении атмосферы за базовый год тоже взят 2002-й.
Данные о загрязнении поверхностных вод приурочены к определенным створам рек, где ведутся гидрологические наблюдения. Чаще всего они расположены около крупных населенных пунктов (фоновые и контрольные створы) или на границах с другими регионами. Если индекс загрязнения вод (ИЗВ) определялся в фоновом и контрольном створах, то по нему можно точно установить вклад в загрязнение вод конкретным населенным пунктом. В этом случае смена класса качества вод в пространстве будет связана с дан-
ского федерального округа
ным населенным пунктом. При определении границ загрязнения реки в верхнем течении предполагалось, что реки в верховьях чаще всего характеризуются как чистые или относительно чистые. Качество вод ухудшается при прохождении ряда населенных пунктов, характеризующихся большими объемами водопотребления и водоотведения. Обычно это крупные города либо малые города-заводы, дающие специфические сбросы. Поэтому верхняя граница загрязнения «доводилась» до одного из таких населенных пунктов. Понижение загрязненности вод в среднем и нижнем течении можно объяснить процессами самоочищения или разбавлением. Так как рассчитать интенсивность процесса самоочищения с существующим программным обеспечением не представлялось возможным, то за ведущий фактор было взято разбавление. Соответственно переход вод в более низкий класс качества соотносили в пространстве с местами впадения крупных притоков. Используя готовые значения ИЗВ, необходимо учитывать, что этот показатель не является единообразно определяемым (не существует строгих критериев по количеству учитываемых компонентов загрязнения, не нормируется вид ПДК). При анализе аномалий в значениях ИЗВ необходимо учитывать компонентный состав, по
которому рассчитывался данный показатель. В настоящее время мы не располагаем данными о состоянии поверхностных водных объектов Пензенской области, поэтому и на карте их не будет.
При использовании программного продукта Мар1п6э были созданы электронные варианты карт классов качества поверхностных вод особо охраняемых природных территорий ПФО (рис. 2). На территории ПФО насчитывается 8 национальных парков и 14 заповедников федерального значения, в основном расположенных в приволжской части территории. При создании топографической основы (гидрографическая сеть и населенные пункты) использовалась карта ПФО масштаба 1:1250000 [20].
Анализ состояния воздушной среды. При анализе Карты значений индекса загрязнения атмосферы Приволжского федерального округа (рис. 2) можно отметить, что большая часть территории ПФО характеризуется значениями ИЗА = 1-2. Выделяются семь ареалов сильного загрязнения атмосферного воздуха. В центральной части располагаются крупные города или промышленные узлы: гг. Казань, Нижний Новгород и их города-спутники, Самарский, Нижнекамский, Центрально-Башкирский, включающий в себя гг. Уфу, Стерлитамак, Салават, Ишимбай, промышленные узлы, г. Саранск. На территории Челябинской области сформировался еще один ареал загрязнения с центром, расположенным в г. Магнитогорск. Зона влияния данного источника выбросов распространяется также и на приграничные территории Башкирии.
Основная доля выбросов в г. Казань приходится на оксиды углерода, азота, серы. Расчетное значение ИЗА в центральной части ареала достигает 9 (г. Казань) [8]. Формирование ориентированного в северо-восточном направлении ареала загрязнения атмосферы объясняется преобладанием ветров западных румбов.
В центральной части Нижегородского промышленного узла расчетное значение ИЗА достигает максимальной величины - 14 (восточнее г. Дзержинска) [32]. Основной вклад в загрязнение привносят гг. Нижний Новгород, Дзержинск, Кстово. В структуре выбросов преобладают выбросы от стационарных источников (за исключением г. Нижний Новгород). Основные загрязняющие вещества - оксиды азота и углерода [32].
Основными источниками загрязнения атмосферы городов Самарского промышленного узла (гг. Самара, Новокуйбышевск, Тольятти, Сызрань, Волжский) являются предприятия нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической, энергетической отраслей, а также автотранспорт [10]. За-
грязнение атмосферного воздуха представлено взвешенными веществами (Тольятти), оксидами серы (Сызрань, Новокуйбышевск), оксидами азота (Сызрань, Тольятти, Самара), оксидами углерода (Волжский). Преобладание ветров западных направлений создало предпосылки для эллипсоидальной (вытянутой) формы ареала загрязнения, ориентированного с северо-запада на юго-восток.
Нижнекамский промышленный узел представлен такими крупными источниками загрязнения, как гг. Набережные Челны, Нижнекамск, Заинск. Основное негативное влияние на состояние атмосферы оказывают комплекс нефтехимических производств и предприятий энергетики г. Нижнекамска [8], предприятия машиностроительной, строительной и теплоэнергетической отраслей г. Набережные Челны. В структуре выбросов преобладают оксиды серы, азота, углерода. В центральной части района (Набережные Челны), значение ИЗА достигает 10,96.
Кроме этого, ежегодно в гг. Самара и Нижнекамск в атмосферу выбрасывается около 35 тыс. т углеводородов, не учтенных в расчете ИЗА. В то же время на расчетных значениях ИЗА отчасти сказались издержки принятой методики, в частности расстояние от города до узла расчетной сетки. При больших значениях этого расстояния величины ИЗА занижались, при малых
- завышались (в частности, для г. Саранск). В дальнейшем предполагается методику усовершенствовать, чтобы исключить данный случайный фактор.
В структуре выбросов городов Центрально-Башкирского промышленного узла преобладают стационарные источники (за исключением г. Ишимбай). К нефтехимической отрасли относится около 80 % предприятий [5]. Основную долю в выбросах ЗВ занимают оксиды серы и углерода. Пространственное распределение источников и преобладание ветров югозападного направления привели к формированию вытянутого в меридиональном направлении ареала загрязнения атмосферы.
Выбросы г. Магнитогорска (Челябинская обл.) привели к ухудшению качества воздуха на территории соседнего субъекта (Башкирии). Значение ИЗА в Магнитогорске достигает 17,1 [12], на территории РБ - до 10. Основным источником загрязнения атмосферы является ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», дающий 90% выбросов всех промышленных предприятий города [12].
152 2006. № ii
На территории ПФО можно выделить районы с повышенным загрязнением воздуха (ИЗА до 5), условно шесть ареалов: Медногорско-Орский и в районах гг. Оренбург и Киров, Пермь, Чусовой, Соликамск.
Загрязнение атмосферы в районе гг. Медногорска, Орска, Новотроиц-ка, Кувандыка в основном обусловлено выбросами предприятий топливноэнергетического, металлургического комплексов, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности [15]. Основную долю выбросов составляют оксиды азота, серы, углерода. Кроме этого, в данных городах происходит выброс специфических ЗВ (фенолы - гг. Орск и Новотроицк, фтористый водород - гг. Медногорск и Кувандык) [15]. В расчете ИЗА эти выбросы не учитывались, поэтому его значение получилось заниженным по сравнению с данными государственных докладов. В структуре выбросов г. Оренбурга преобладают оксиды углерода, серы, азота. Основные источники загрязнения
- предприятия нефтяной и газовой промышленности, транспорт [15]. В гг. Кирове и Кирово-Чепецке, Перми около 60% выбросов приходится на автотранспорт [26; 31]. Основные загрязняющие вещества - оксиды углерода и азота. Загрязнение в районе гг. Чусовой и Соликамск обусловлено выбросами предприятий. В структуре выбросов по отраслям на первом месте трубо-транспорт, нефтепереработка, черная металлургия [31]. Покомпонентный состав представлен оксидами углерода, серы (Соликамский район) и оксидами углерода, азота, твердыми частицами (Чусовской район). В самих городах основные источники загрязнения стационарные [31].
Небольшие ареалы с ИЗА менее единицы располагаются в центральной и южной частях Приволжского федерального округа. Относительно благоприятное состояние атмосферы данных территорий можно объяснить полным отсутствием крупных населенных пунктов [1]. В геоморфологическом отношении это почти всегда водоразделы (верховья р. Малая Кокшага в Республике Марий Эл, рр. Большой Черемшан и Шешма в Республике Татарстан, рр. Тобол и Орь в Оренбургской области, водораздел рр. Алатырь, Теша и Пьяна, междуречья рр. Пьяна и Сура, р. Барыш и Куйбышевское вдхр., р. Большой Иргиз и Саратовское вдхр., р. Меша и Куйбышевское вдхр.) или болотистые местности (нижнее течение рр. Керженец и Урга) [20].
Для получения точных значений ИЗА в заданной точке должны учитываться источники, находящиеся на расстоянии до 1000 км [4]. В настоящее время мы не располагаем информацией о выбросах на территориях Пензенской области, ряда прилегающих к ПФО субъектов административнотерриториального деления (Костромской, Ивановской, Вологодской, Тамбовской областей, Республики Коми), Казахстана. В связи с этим возможно получение заниженных значений ИЗА на юге и юго-западе территории ПФО [22].
Анализ состояния водной среды. К наиболее загрязненным относятся: р. Косьва ниже г. Губаха(7-й кл.), р. Вильва (7-й кл.), р. Чусовая (6-й кл.), р. Блява - Оренбургская обл. (7-й кл.), р. Юшут - Республика Марий Эл (6-й кл.), Нижнекамское водохранилище на территории Татарстана (5-й кл.).
Источником загрязнения р. Косьва является самоизлив шахтных вод. Приоритетными загрязняющими веществами (ЗВ) являются марганец (15 ПДК), железо общее (70 ПДК), фенолы (4 ПДК), медь (2 ПДК) [30]. Высокие значения ИЗВ р. Вильва тоже связаны с самоизливом шахтных вод. Среднегодовые концентрации ЗВ в реке составляют: железо общее (293 ПДК), марганец (41 ПДК), никель (4 ПДК), цинк (2 ПДК). В течение года, наибольшие концентрации железа в воде приходятся на зимние месяцы [30]. В воде р. Чусовая (в районе г. Чусовой) среднегодовые концентрации, превышающие ПДК, отмечены по меди (3 ПДК), марганцу (7 ПДК), железу общему (5 ПДК), нефтепродуктам (21-195 ПДК). Основным источником загрязнения являются сбросы г. Чусовой [30]. На качество вод р. Блява оказывают влияние организованные сбросы сточных вод Медногорского медно-серного комбината и городские очистные сооружения. Среднегодовые концентрации ЗВ в воде реки составляют: соединения меди (165 ПДК), цинк (36,7 ПДК), железо общее (11 ПДК), БПК (до 5 ПДК). Индекс загрязненности вод составил в 2002 г. 36,2 [15]. Воды р. Юшут загрязнены соединениями железа (до 15 ПДК) и марганца (до 8 ПДК). Повышенное содержание металлов имеет природное происхождение [6]. В нижнем течении р. Юшут проходит по территории национального парка «Марий Чодра» и меняет класс качества с грязной на загрязненную. Покомпонентный состав загрязнения вод Нижнекамского водохранилища в соответствующих источниках приведен не был [7; 8].
Водные объекты ПФО относятся к водосборным бассейнам 3 крупных рек: Волги, Камы, Урала. Все крупные водотоки бассейна р. Урал (кроме Р. Блява, г. Медногорск) относятся к 3-му классу и характеризуются как умеренно загрязненные. Бассейн р. Кама представлен водными объектами с различными классами качества: от относительно чистых (р. Белая и её притоки, кроме участка г. Мелеуз - пос. Прибельский) до грязных (Нижнекамское вдхр. на территории Республики Татарстан), очень грязных (р.Чусовая) и чрезвычайно грязных (р. Косьва, Вильва). Остальные водные объекты характеризуются как умеренно загрязненные и загрязненные. Среди рек и водохранилищ Волжского водосборного бассейна как наиболее загрязненное характеризуется Куйбышевское водохранилище (участок, относящийся к территории Республики Татарстан - 4-й кл.). Остальные водные объекты (кроме р. Юшут) характеризуются как умеренно загрязненные и загрязненные. Воды Горьковского водохранилища относятся к относительно чистым.
Если анализировать состояние водной среды по субъектам ПФО, то наиболее напряженная ситуация наблюдается на территориях Пермской области и Республики Татарстан. На территории первого субъекта это объясняется неконтролируемым самоизливом шахтных вод и недостаточной степенью очистки производственных сбросов [30]. Анализ причин высокой степени загрязненности водных объектов на территории Республики Татарстан затруднен из-за отсутствия данных об объемах сбросов от крупных городов и покомпонентного состава загрязнения.
Анализ экологической обстановки Приволжского федерального округа. На основе полученной комплексной экологической карты можно выделить районы с критической, напряженной и сравнительно удовлетворительной экологической ситуацией.
К территориям с критической ситуацией относятся Прикамский и Центральный регионы Республики Татарстан, полуостров Жигули и прилегающие территории, устье р. Ока и прилегающие территории, центральная часть территории Республики Мордовия, левобережная часть водосборного бассейна р. Кама и водосборный бассейн р. Белая в среднем течении. Данные территории характеризуются повышенным и высоким загрязнением атмосферы (за исключением левобережной части водосборного бассейна р. Кама). Значение индекса загрязнения поверхностных вод превышает 2,5 (умеренно загрязненные) и достигает на территории Пермской области максимальных значений (до 47,7 в р. Вильва).
Напряженной экологической ситуацией характеризуются территории с индексом загрязнения атмосферы от 2 до 5, с умеренно загрязненными и относительно чистыми поверхностными водами. Это водосборный бассейн р. Урал в верхнем течении, устье р. Чепца и прилегающие территории.
К территориям с относительно удовлетворительной экологической ситуацией относятся районы с ИЗА не более 2 и невысоким загрязнением поверхностных вод (не более 3-го класса).
На карте можно отметить участки с отсутствием загрязнения атмосферы (ИЗА - менее 1). Они не выделяются в отдельную группу районов с благоприятной экологической ситуацией, так как обладают малыми размерами и не являются изолированными от окружающих территорий (существует трансграничный перенос загрязняющих веществ с поверхностными водами).
В целом можно отметить, что наиболее загрязненные районы привязаны в пространстве к территориям с высокой плотностью населения и крупным городам. Это объясняется увеличением в густонаселенных районах антропогенной нагрузки на окружающую среду.
Исходя из пространственного положения особо охраняемых природных территорий (ООПТ), необходимо выделить в их структуре два типа: за-
поведники и национальные парки. Заповедники создаются в целях сохранения уникальных ландшафтов, экосистем. Национальные парки, кроме этих функций, выполняют рекреационные. В густонаселенных районах возрастает необходимость в создании рекреационных зон, в качестве которых выступают национальные парки. На территории ПФО национальные парки расположены в районах с наиболее напряженной экологической ситуацией (именно здесь наблюдается наибольшая плотность населения). Заповедники, наоборот, создаются на территориях с наименьшей антропогенной нагрузкой и в сравнительно чистых районах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атлас России /Под ред.С.Ю. Толстых, Г.В. Борисова. М., 2000.
2. Безуглая Э.Ю., Расторгуева Г.П., Смирнова И.В. Чем дышит промышленный город. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
3. Битюкова В.Р. Социально-экологические проблемы развития городов России. М.: Едиториал УРСС, 2004.
4. Petrukhin V.A., Vishensky V.A. Modelling and evolution of Eurasian Tropospheric background pollution based on the data bank of multi-year measurements // Changing composition of the troposphere. Spatial Environment. Rep. № 17. WMO. 1989. P. 8386.
5. Государственный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Башкирия в 2000 г. Уфа, 2001.
6. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Марий Эл в 2000 г. Йошкар-Ола, 2003.
7. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан в 1999 г. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000.
8. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Татарстан в 2001 г. Казань, 2002.
9. Государственный доклад о состоянии ОПС Республики Чувашия в 2000 г. Чебоксары, 2001.
10. Государственный доклад о состоянии ОПС Самарской области в 2001 г. Вып.12. Самара, 2002.
11. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Свердловской области в 2002 г. Екатеринбург, 2003.
12. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 2002 г. Челябинск, 2003.
13. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Удмуртской Республики в 2002 г. Ижевск, 2003.
14. Государственный доклад о состоянии ОПС Ульяновской области в 2001 г. Ульяновск, 2002.
15. Доклад о состоянии окружающей природной среды Оренбургской области за
2002 г. // http://www.lib.priroda.ru/index.php?act=vid&vid=4
16. Доклад о состоянии природной среды в Ростовской области в 1998 г. // http://ecolife.org.ua/education/ppress/rostov98/gl1.php
17. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2004 г. Саратов, 2005.
18. Доклад о состоянии ОПС Ярославской области в 2001г. Ярославль, 2002.
19. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России в 1999 г. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.
20. Карта Приволжского федерального округа / Под ред. Г.Е. Назиной. Омск, 2002.
21. Карта национальных парков и заповедников России в 2000 г. / Под ред. И.Лысенко. М., 2000.
22. Корепанова Т.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ по экологическому картографированию: Учеб.-метод. пособие. Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2000.
23. Методические рекомендации по созданию комплексных экологических карт на основе космической фотоинформации: В 2 кн. М.: ЦНИИГА и К.,1995.
24. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Вып. 12. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. Ч. 1-6.
25. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 1997 г. (региональный доклад). Киров, 1998. 160 с.
26. О состоянии окружающей природной среды Кировской области в 2003 г. (региональный доклад). Киров, 2004.
27. Охрана окружающей среды России в 2000 г.: Стат. сб. М., 2001.
28. Состояние и охрана ОПС Республики Мордовия в 1999 г. Саранск, 2000.
29. Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в
2003 г. /Под ред. М.М. Суетнова, Н.Г. Соколова. Н. Новгород: Изд-во Волго-Вят. акад. госслужбы, 2004.
30. Состояние и охрана окружающей среды г. Пермь в 2003 г.: Справочно-информ. материалы. Пермь, 2004// http://centreko/narod.т/й^/ FreeLit/Perm_Eco/2003// Collection_2003 .pdf
31. Состояние и охрана окружающей среды Пермской области в 2003 г. Пермь, 2004.
32. Экологический ежемесячник о состоянии ОС Нижегородской области. 2005. № 4.
33. Экологическое состояние и источники загрязнения воздушного бассейна Нижнего Новгорода // http://www.ecologynn.ru/win/air23.htm
Поступила в редакцию 31.10.06
A. V. Semakina
Towards elaboration of the Environmental map on the Privolzhski federal region
The data about degree the air and water pollutions on the Privolzhski federal region had been analyzed and translated in cartographical view. The environmental situation this territory had been estimated. The areas with the critical, strenuous and comparatively satisfactory environmental situations had been allotted.
Семакина Алсу Валерьевна Удмуртский государственный университет 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 4)
E-mail: alsen13@list.ru
