Основные принципы создания интегральных экологических карт в системе экологического мониторинга Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 528.94:502 Ю.П. Гичев

Центр «Экология человека» международной кафедры ЮНЕСКО при НГУ и СО РАН, Новосибирск

В.А. Середович, И.В. Лесных, О.Н. Николаева, В.С. Корсун, В.П. Суслин, А.С. Юдин, В.В. Турбинский, В.А. Чирков СГГ А, Новосибирск

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ В СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Большинство разработок в области экологического картографирования имеют отраслевую направленность и в основном направлены на визуальное отражение и анализ состояния только одного компонента природной среды и, следовательно, не дают отображение комплексных неблагоприятных воздействий на экологическую ситуацию на изучаемой территории и ее влияния на здоровье населения. Такая задача требует создания интегральных экологических карт (ИЭК), которые следует рассматривать как современный метод совмещения многофакторной объективной информации об изменениях экологической обстановки на отдельных участках исследуемой местности и о степени риска здоровью населения в связи с загрязнением окружающей среды.

Подобного рода работы проводились нашим коллективом под руководством проф. Маликова Б.Н., ранее внесшим большой вклад в разработку основ и методологии создания комплексных экологических карт. Его основная идея заключалась в комплексировании (т. е. в отборе, обобщении и совмещении) многофакторной информации о пространственном распространении и количественных параметрах отдельных видов загрязнения окружающей среды, имеющихся в пределах картографируемой местности, - на одной картографической основе. Такое совместное отображение всех основных экологических факторов, действующих на исследуемой территории, даёт возможность провести экологическое зонирование этой территории, и оценить совокупное воздействие природных и антропогенных экологических факторов как на качество окружающей среды, так и на здоровье местного населения. Но главное - ИЭК позволяют установить взаимосвязь между сложившейся в данной местности экологической ситуацией и заболеваемостью местного населения различными видами экологически обусловленной патологии.

Наиболее целесообразным является составление ИЭК на те территории, в пределах которых высокая концентрация промышленных производств постоянно оказывает сильное и многостороннее воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Иными словами речь идет о картографическом выделении и описании устойчивых очагов антропоэкологического напряжения (Гичев Ю.П.). В качестве основных объектов для проведения работ по комплексному экологическому картографированию могут выступать территории крупных городов (масштаб картографирования - от 1:10 000 до 1:100 000); город с прилегающей к нему пригородной промышленной зоной или городские агломерации (масштаб от 1:50 000 до 1:200 000); целый административный

регион, характеризующийся большим количеством промышленных городов, в т.ч. специализирующихся на конкретных отраслях промышленности, причиняющих специфический ущерб окружающей среде (масштаб мельче 1:200 000).

По нашим представлениям создание ИЭК является многоэтапным процессом, который включает в себя следующие шаги:

1. Сбор и систематизация информации о состоянии основных природных компонентов картографируемой местности (воды, воздуха, почв, радиационной обстановки) и об источниках их загрязнения.

При этом для получения информации об изменениях, происходящих в вышеперечисленных компонентах под воздействием тех или иных антропогенных загрязнений и экологических факторов, используются все имеющиеся способы и средства сбора данных (от визуальных наблюдений до методов аэрокосмического мониторинга). Собранные данные отображаются на серии отраслевых экологических карт, каждая из которых характеризует один из видов загрязнения. Такая серия может включать до 10-12 карт; пример некоторых из них приведен на рис. 1.

ЕДДШЯДДШШШДДШДМШрШ ► ИШШИДИД^ИВД И Щ— цгщ

Фойл Праею Вид Избранное Сервис Справка Файл Главке Вид Избранное Сервис Справка

а) б)

в)

Рис. 1. Фрагменты некоторых отраслевых экологических карт из серии на г. Новосибирск: а) карта загрязненности воздушного бассейна выбросами стационарных промышленных предприятий; б) карта загрязненности почв тяжелыми металлами; в) карта аэрогаммаполя

2. Представление собранных экологических данных на комплексной экологической карте.

Задачей второго этапа создания ИЭК является совместное отображение всех основных ареалов и показателей загрязнения отдельных природных компонентов на единой комплексной экологической карте. Это дает возможность суммировать основные источники загрязнения и главные экологические факторы, действующие в пределах картографируемой местности. Вид комплексной экологической карты приведен на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент комплексной экологической карты г. Новосибирска

3. Медико-экологическое зонирование изучаемой территории.

Цель этого этапа заключается в расчете статистических показателей, выражающих уровень риска для здоровья населения вследствии загрязнений окружающей среды в данной местности.

На начальном этапе зонирования по данным комплексной экологической карты вся территория района работ подразделяется на большое количество (порядка нескольких сотен) ячеек, каждая из которых характеризуется определенным сочетанием ряда неблагоприятных экологических факторов, отображенных на комплексной экологической карте. Ниже приводится примерный перечень подобных факторов, действующих на территории крупного населенного пункта с развитой промышленностью и населением более 1 млн. человек:

- Выпадения из атмосферы ( тонн на квадратный километр)

- Класс опасности загрязняющих веществ по степени их токсичности для здоровья человека

- Выбросы в атмосферу от автомобильного транспорта (граммы в секунду на 1 километр трассы)

- Загрязнение почв тяжелыми металлами (по комплексному показателю 2С)

- Годовая доза ионизирующего облучения населения (миллизиверты)

- Концентрация радона в почве ( килобеккерели на кубометр почвы)

- Наличие источников электромагнитного излучения

- Наличие тектонических разломов

- Наличие свалок

- Наличие золоотвалов

- Уровень гамма фона ( микрорентгены в час)

Далее проводится комплексная оценка экологических факторов на основе системного анализа. При этом используются понятия квалиметрии и

учитываются не только первичные свойства факторов, но и их долевой вклад. Весомость каждого экологического фактора устанавливается методом

экспертных оценок, а затем для каждого локального участка рассчитывается комплексный показатель степени опасности территории (И). Расчет

выполняется по формуле:

п

Ё а * кг И = ^------ , (1)

п

где И - комплексный показатель степени загрязнения территории,

1 - данный экологический фактор,

N - общее количество факторов (в нашем случае N =11),

а! - доля вклада фактора при условии, что а1 + а2.. ,ап = 1

к - степень выраженности фактора: 1 - допустимая (величина фактора равна предельно допустимой концентрации или фоновому значению); 2 -умеренная; 3 - повышенная; 4 - высокая.

Процедурой, завершающей процесс медико-экологического зонирования, является градация территории по значению комплексного показателя И. В ходе практических работ нами была разработана следующая классификация:

- Значение И более 2 - высокая степень загрязнения (соответствует зоне с высокоопасным уровнем загрязнения окружающей среды для здоровья населения);

- Значение И от 1,5 до 2 - повышенная степень загрязнения (соответствует зоне с опасным уровнем загрязнения окружающей среды);

- Значение И от 1 до 1,5 - умеренная степень загрязнения (соответствует зоне с малоопасным уровнем загрязнения окружающей среды);

- Значение И менее 1 - высокая степень загрязнения (соответствует зоне, относительно слабо подверженной техногенному воздействию).

4. Моделирование и отображение на ИЭК границ зон с различным уровнем риска для здоровья населения.

При этом - в зависимости от значения комплексного показателя, все территориальные ячейки группируются в три зоны, характеризующиеся различной степенью экологического риска для здоровья населения:

- I зона - высокоопасный уровень загрязнения окружающей среды, и высокий экологической риск для здоровья населения;

- II зона - опасный уровень загрязнения окружающей среды, средний риск для здоровья населения);

- III зона - малоопасный уровень загрязнения окружающей среды, относительно низкий риск для здоровья населения.

Для визуализации этих зон на карте - используется способ картографического изображения «качественный фон»когда цвета выбираются по «принципу светофора»: красный цвет для I (высокоопасной) зоны, желтый -для II (опасной) зоны, зеленый - для III (малоопасной) зоны. Территории, относительно мало подверженные техногенному воздействию, остаются без окраски. Оформленный именно таким образом фрагмент ИЭК на территорию г. Новосибирска приведен на рис. 3:

Рис. 3. Фрагмент интегральной экологической карты г. Новосибирска

Кроме того, что интегральные экологические карты демонстрируют комплексную информацию о загрязнении окружающей среды и его влиянии на здоровье населения в наглядном, компактном и легко интерпретируемом графическом виде, - они являются также важным материалом, необходимым при разработке мероприятий:

- По улучшению качества окружающей среды и охране здоровья местного населения;

- При планировании и проведении мероприятий по медицинской профилактике экологически зависимых заболеваний;

- При оптимизации размещения детских учреждений и медицинских объектов различного профиля;

- При оценке целесообразности строительства новых стационарных промышленных предприятий, транспортных путей и прочих техногенных объектов, неблагоприятно влияющих на окружающую среду картографируемой территории;

- При планировании перспективного строительства новых жилых массивов в экологически чистой зоне;

- При размещении зон отдыха, санаториев и профилакториев.

Учитывая бурное развитие современной компьютерной техники и ГИС-технологий, а также их широкое внедрение и активное использование в сфере природопользования и охраны природы, создание ИЭК в цифровом виде является основой для усовершенствования принципов и методов системы комплексного экологического мониторинга и медико-экологического прогноза состояния территории промышленного центра по критериям здоровья и благополучия (рис. 4).

Рис. 4. Прогноз изменения экологической обстановки в одном из районов промышленного центра в случае размещения на данной территории нового промышленного предприятия. а) экологическая обстановка до строительства; б) экологическая обстановка после строительства. Местоположение промышленного предприятия показано крестиком

© Ю.П. Гичев, В.А. Середович, И.В. Лесных, О.Н. Николаева, В.С. Корсун, В.П. Суслин,

А.С. Юдин, В.В. Турбинский, В.А. Чирков, 2006