CC BY
33
УДК 502.55
Э.М. Галеева, Р.Г. Галимова, Д.С. Теплова Башкирский государственный университет, galim-rita@yandex.ru
К ВОПРОСУ О КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В Г. УФА
В статье приводятся результаты анализа загрязнения природных сред города Уфы (Республика Башкортостан). Анализируются природные факторы, влияющие на распространение загрязняющих веществ. При анализе загрязнения транспортирующих и депонирующих сред основное внимание уделено комплексным показателям. При анализе качества атмосферного воздуха использованы индекс загрязнения атмосферы и потенциал загрязнения атмосферы; водотоки характеризуются с помощью удельного комбинаторного индекса загрязнения. Проведено картирование загрязнения снежного и почвенного покровов. Выявлена пространственная структура загрязнения депонирующих сред, размеры и контуры геохимических аномалий.
Ключевые слова: загрязнение; комплексная оценка; геохимические аномалии; пространственная структура; депонирующие среды; транспортирующие среды.
Введение
Состояние окружающей среды городских агломераций является достаточно распространенной тематикой исследований природно-тех-нологических систем, находящихся под воздействием антропогенных нагрузок. Этой проблеме посвящено значительное количество публикаций. Однако большинство работ освещает степень трансформации лишь одного - двух компонентов природной среды. Безусловно, состояние окружающей среды в городах определяется степенью загрязнения отдельных компонентов. Тем не менее, желателен комплексный анализ состояния всех природных сред, включающий пространственную характеристику показателей загрязнения. В 1994 г. был принят и утвержден обновленный РД 52.44.2-94, раскрывающий основные моменты при комплексном обследовании городских агломераций, который состоит из частных исследований отдельных природных сред, сопряженных во времени.
Актуальность проведения анализа состояния городов по максимальному количеству природных сред отмечали А.И. Перельман и Н.С. Касимов (Перельман, Касимов, 1999). Ими выделены условные блоки промышленного города - источники выбросов и стоков (источники загрязнения), транспортирующие, депонирующие среды и рекомендовано изучение как отдельных блоков, так и взаимосвязей между ними. Таким образом, порядок проведения комплексного анализа состояния окружающей среды городов остается неизменным и должен основываться на анализе отдельных её компонентов. В статье изложены результаты изучения состояния природных сред
в г. Уфа, спецификой которого является наличие на его территории предприятий нефтехимии и нефтепереработки. Некоторые элементы комплексной оценки экологического состояния города (пространственная структура загрязнения донных отложений, состояние городских водоемов, показатели накопления поллютантов в биоте) остались неохваченными в связи с отсутствием систематических режимных наблюдений. Однако даже рассмотренные блоки дают представление о степени трансформации окружающей среды.
Материалы и методы исследований
Авторами были обработаны фондовые данные кафедры гидрологии и геоэкологии Башкирского государственного университета, а также фондовые материалы «Башкирского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (БашУГМС), Министерства природопользования Республики Башкортостан, Отдела водных ресурсов Камско-Бельского водного управления (КамБВУ).
Для определения состояния загрязнения воздуха несколькими веществами использовался комплексный показатель индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). При определении потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) использована методика ГГО им. А.И. Воейкова (Безуглая, 1983; РД 52.04.667-2005).
В связи с непостоянством воздушных потоков рассеяния картирование и зонирование атмосферного воздуха представляет определенные сложности. Поэтому в качестве индикатора состояния атмосферы рассматриваемой городской
к вопросу о комплексной оценке состояния окружающей среды в г. уфа
агломерации использован снежный покров.
При анализе структуры загрязнения депонирующих сред - почвенного и снежного покровов - были построены карты пространственного распределения в них геохимических аномалий по 6 тяжелым металлам (Pb, Cu, Zn, Ni, Mn, Hg) с использованием суммарного показателя загрязнения Z(; (Сает и др., 1990). Использование тяжелых металлов для картографирования уровня загрязнения указанных сред было определено совпадением ареалов геохимических аномалий традиционных загрязнителей атмосферы с исследуемыми (Галеева и др., 2014). Пробы почв и снега отбирались на 47 точках, охватывающих всю территорию города. При построении карт были использованы ГИС ArcGIS и MapInfo. В ряде случаев применялась авторская система Profile (Галеева, 2002).
Состояние поверхностных водотоков (р. Белая в створе г. Уфа) оценивалось по значению удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) согласно РД 52.24.643-2002.
Результаты и их обсуждение
При характеристике пространственной структуры загрязнения и его количественных показателей обязательно рассмотрение не только антропогенных, но и модулирующих природных факторов (Теплова, 2015). Среди группы природных условий, способствующих распространению загрязнения, учитываются, прежде всего, рельеф и метеорологические факторы. В условиях равнинного рельефа города наиболее опасным является наличие штилей и инверсий. Для Уфы характерно большое количество дней в году с крайне неблагоприятным сочетанием «штиль - приземная инверсия» (до 100% в летний сезон), при котором наблюдаются максимальные концентрации загрязняющих веществ.
Для определения условий, препятствующих рассеиванию выбросов в атмосфере, необходимо определять значения ПЗА. Ранее нами были составлены картосхемы распределения среднегодовых значений ПЗА по территории г. Уфа (Галеева, 2016). Отметим, что практически вся территория города располагается в зоне с высокими значениями ПЗА. В пределах Уфы и прилегающей территории не зафиксировано даже умеренных значений этого показателя. На
рисунке 1 представлены графические материалы о среднегодовых значениях ИЗА и ПЗА г. Уфы за последние 20 лет. В среднем значения ПЗА за этот период варьируют в пределах 2.5-3.5. Это характеризует метеорологические условия как крайне неблагоприятные для рассеивания выбросов в городе.
Второй группой факторов, непосредственно влияющих на количественные показатели интенсивности геохимических аномалий, является характеристика источников загрязнения. Размеры зон загрязнения и содержание конкретных поллютантов в природных средах определяются спецификой промышленности конкретного города. Уфа - город с развитой нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностью. Кроме того, в городе имеется достаточно большое количество производств местного значения, а также многочисленные передвижные источники. Динамика объемов выбросов от стационарных и передвижных источников загрязнения представлена на рисунке 2. Доля передвижных источников в суммарном объеме выбросов загрязняющих веществ в Уфе за последние три года составляла около 36%.
Для характеристики состояния воздушного бассейна в городской черте использовано значение ИЗА. Основными загрязнителями воздушного бассейна города являются: формальдегид (40.1%), бенз(а)пирен (34.5%), диоксид азота (14.1%), оксид азота (5.8%) и взвешенные вещества (5.5%). В ряде случаев отмечается примесь этилбензола. ИЗА5 по г. Уфа колеблется в среднем в пределах 8.2-10.5 (рис.1). Несмотря на то, что значения ИЗА5 в последние годы не превышает 15 единиц, это не может являться показателем относительно спокойной геохимической обстановки воздушного бассейна города, так как для Уфы характерны большие объемы выбросов неиндефицированных специфических загрязняю-
очень высокий (от 14 и Ьорт)
1
0,5
• ^^ izzzzzzizzzz": : i:: i &: а е : а! е : s е : г= 111111111 в I в в в в в в в в I
пониженный ¡"менее 5}
■ИЗА
-ПЗА
Рис. 1. Индекс загрязнения (ИЗА) и потенциал загрязнения (ПЗА) атмосферного воздуха г. Уфа за 1997-2015 гг. (по даннымБашУГМС)
48
российский журнал прииой экологии
Рис. 2. Валовые выбросы от стационарных и передвижных источников в г. Уфа за 1999-2015 гг. (составлено по данным (Государственный ..., 2016))
щих веществ.
На рисунке 3 представлена карта-схема загрязнения снежного покрова Уфы. Большая часть города и пригороды имеют значения суммарного показателя загрязнения от 16 до 24. При использовании в расчетах Zс только тяжелых металлов на общем фоне выделяются отдельные зоны с максимальным уровнем загрязнения (до 32). Безусловно, с учетом органических загрязнителей количественные значения суммарного показателя будут существенно выше.
В основном ореолы загрязнения приурочены к крупным промышленным объектам, имеют приближенно - концентрическую структуру, слегка вытянутую в меридиональном направлении в соответствии с ориентацией мезоформ рельефа. Размеры зон загрязнения ожидаемо коррелируют с мощностью и спецификой промышленных предприятий и составляют от 0.5 км для машиностроительных производств до 2-3 км для предприятия химического профиля.
На фоне среднего селитебного загрязнения выявилось наличие достаточно больших ореолов с пониженным значением Z - менее 16. В основ-
показали результаты исследований в отношении геохимического состояния депонирующих сред, почвенный покров г. Уфа характеризуется превышением концентраций практически всех тяжелых металлов над фоновым уровнем. Набор элементов-загрязнителей в почвах аналогичен приведенной выше ассоциации химических элементов в снежном покрове. Характер промышленных производств проявляется чаще всего в преобладании одного или нескольких элементов из состава рассматриваемой ассоциации.
Практически вся территория города имеет степень загрязнения почвенного покрова в пределах Zс от 4 до 6; эти значения в условиях Уфы следует отнести к фоновому загрязнению. Территория города представляет собой обширное поле загрязнения с повышенными значениями рассматриваемого коэффициента в результате наложения многочисленных источников загрязнения. При этом выделяются очаги с гораздо более высокими концентрациями - более 6. Они расположены в промышленных зонах либо в тех районах, где происходит «стекание» загрязняющих веществ в элементы пониженного рельефа. В промзонах города (северной, южной) имеются хорошо выраженные участки с различными градиентными значениями загрязнений.
Абсолютные размеры геохимических анома-
ном эти районы приурочены к парковым зонам. Интересно наличие зоны с пониженным уровнем загрязнения вокруг действующей ТЭЦ-2, что объясняется отсутствием в картографируемой выборке элементов, типоморфных для ТЭЦ. Кроме того, необходимо учесть наличие высокого источника выброса, что вызывает перераспределение загрязняющих веществ в атмосфере (Сонькин, 1991). Часть таких загрязняющих веществ рассеивается и создает региональное поле загрязнения.
Особенность геохимических аномалий в почвах - их накопительный характер, определяемый многолетним антропогенным воздействием. Как правило, техногенный ореол, формирующийся в верхней части почвенного профиля, фиксирует загрязнение за последние годы. Как
Рис. 3. Пространственное распределение загрязнения снежного покрова г. Уфа
к вопросу о комплексной оценке состояния окружающей среды в г. уфа
Рис. 4. Пространственное распределение загрязнения почвенного покрова г. Уфа
лий различны и колеблются от 3-4 до 10-12 км в диаметре. В черте города имеются очень небольшие по площади участки с пониженными концентрациями, которые расположены в зеленой зоне города. Контуры всех аномалий имеют в основном концентрическую форму, характерная для аномалий снежного покрова меридиональная вытянутость здесь отсутствует. Средние размеры аномалий с более высокими концентрациями составляют в диаметре не более 3 км. Помимо этого, в городе наблюдаются многочисленные мелкие очаги загрязнения, приуроченные к перекресткам оживленных автодорог.
Таким образом, значения суммарного показателя загрязнения Ъс для почв достаточно низкие по сравнению со снежным покровом. При картировании в предшествующие годы (до 1992) количественные значения Ъс были в 2-3 раза выше, такие аномалии занимали примерно две трети площади города. Решающее значение в изменении расположения и контрастности аномалий, несмотря на увеличение численности передвижных источников загрязнения, имеет сокращение объемов промышленного производства.
Таблица. Степень загрязнения отдельных компонентов природной среды
г. Уфа (2005-2015)
Компонент природной среды Показатель загрязнения Значение показателя загрязнения
Атмосферный воздух иза5 8.5-10.5
Снежный покров Ъ с 16-24; мозаично - более 32
Почвенный покров Ъ с 4-6; мозаично - более 8
Поверхностные воды (р. Белая) УКИЗВ 4в - «очень грязная»
При анализе контуров геохимических аномалий отметим, что загрязнение снежного покрова выражается в четкой фиксации очагов загрязнения, расположенных в направлении господствующих ветров. Для загрязнения почвенного покрова отмечен более пестрый, мозаичный пространственный план. При этом в центре города фиксируются территории с гораздо более низким уровнем загрязнения, чего не наблюдается в геохимических аномалиях снежного покрова.
При рассмотрении загрязнения поверхностных водотоков на территории города необходимо учесть следующие обстоятельства. Качественные характеристики их загрязнения зависят от промышленной специфики города (нефтехимия и нефтепереработка), определяющей значительную величину объемов водопотребления и промышленных стоков. Тем не менее в Уфе по количественным гидрохимическим показателям сохраняется относительно удовлетворительная водохозяйственная обстановка. Благодаря регулированию стока в бассейне реки Белая путем создания водохранилищ напряженность гидрохимической ситуации в городской агломерации Уфы была снята, а объемы сбрасываемых сточных вод имеют тенденцию к уменьшению. Так, за последние 10 лет объемы сброса сточных вод уменьшились примерно на 4%,в т.ч. на такую же величину произошло уменьшение объема загрязненных стоков (Гареев и др., 2016). В створе г. Уфы в последние годы качество воды стабильно сохраняется на уровне 4 «в» - класса «очень грязная». Характерными загрязняющими веществами здесь являются являются марганец, медь, нефтепродукты, азот аммонийный. Присутствует фенол в концентрации до 2 ПДК. На основе анализа данных мониторинга можно констатировать, что качество воды в многолетнем разрезе на исследуемом участке р. Белой не претерпевает существенных изменений. Стабильная ситуация достигается за счет разбавления попусками водохранилищ и боковыми притоками. Вместе с тем о коренном улучшении ситуации пока говорить преждевременно, поскольку требуется необходимость внедрения в
производственных циклах новых технологий очистки вод или их модернизации.
В сводном виде степень загрязнения отдельных компонентов природной среды выглядит следующим образом (табл.).
50
российский иол прикладной экологии
Заключение
Анализ обобщенных показателей, характеризующих техногенную ситуацию в г. Уфа, не дает оснований для однозначной оценки экологической ситуации. С одной стороны, в последние годы отмечается низкий уровень загрязнения почвенного покрова. При этом показатели его загрязнения были получены без учета органических поллютантов, присутствующих в техногенных потоках загрязнения различных производств, что повлияло на заниженные интегральные оценки. Аналогичная ситуация складывается с количественными и качественными характеристиками загрязненности снежного покрова города. По полученным показателям указанные депонирующие среды следует отнести к низкому уровню загрязнения с 2с менее 16, что соответствует селитебному порядку ландшафта. С другой стороны, высокие значения ПЗА и ИЗА5 и значительные объемы неидентифицированных выбросов свидетельствуют об опасности аэрогенных очагов загрязнения. Для окончательных выводов необходимо обобщение расчетных данных по более широкому спектру загрязнителей, прежде всего органических.
Список литературы
1. Безуглая Э.Ю., Берлянд М.Е. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере: Справочное пособие. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 328 с.
2. Галимова Р.Г. О современном состоянии атмосферного воздуха в Уфе // Башкирский экологический вестник. Уфа, 2013. Вып. 2. С. 53-55.
3. Галеева Э.М. Асимметрия ландшафтов. Уфа: БГПУ, 2002. 108 с.
4. Галеева Э.М., Теплова Д.С. Загрязнение атмосферного воздуха городских агломераций и влияющие метеорологические условия // Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о земле. 2016. Вып. 1. С. 7-14.
5. Галеева Э.М., Хафизова А.И., Хасанова Э.И. Пространственная структура загрязнений снежного покрова г. Уфы // Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о земле. 2014. Вып. 4. С. 7-11.
6. Гареев А.М., Горячев В.С., Галеева Э.М. Основные характеристики водопользования и качества речных вод в пределах южного промышленного узла в Республике Башкортостан // Фундаментальные и прикладные исследования в гидрометеорологии, водном хозяйстве и геоэкологии / Ма-
тер. Межрегион. научно-практ. конф. Уфа, 2016. С. 47-53.
7. Государственный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Башкортостан в 2015 году. Уфа: Башкирская издательская компания, 2016. 310 с.
8. РД 52.04.667-2005. Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения.
9. РД 52.24.643-2002. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
10. РД 52.44.2-94. Методические указания. Охрана природы. Комплексное обследование загрязнения природных сред промышленных районов с интенсивной антропогенной нагрузкой.
11. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 1999. 768 с.
12. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
13. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 223 с.
14. Теплова Д.С. Влияние природных факторов на формирование пространственной структуры загрязнения снежного покрова г. Уфы // Ландшафтно-экологическое состояние регионов России / Матер. Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж, 2015. С. 195-198.
E.M. Galeeva, R.G. Galimova, D.S. Teplova. To the question of complex evaluation of the environmental status in the city of Ufa.
The article presents the results of the analysis of pollution of natural environments of the city Ufa (the Republic of Bashkortostan).The natural factors influencing the distribution of pollutants are analyzed. In the analysis of pollution of transporting and depositing environments, the main attention is paid to complex indicators.When analyzing the quality of atmospheric air, the index of atmospheric pollution and the potential for atmospheric pollution were used; the watercourses are characterized by a specific combinatorial pollution index.Mapping of snow and soil cover pollution has been carried out. The spatial structure of contamination of depositing environments, the sizes and contours of geochemical anomalies were revealed.
Keywords: pollution; complex evaluation; geo-chemical anomalies; spatial structure; depositing environments; transporting environments.
