Комплексный региональный анализ экологической обстановки интенсивно освоенной территории: На примере Южной пригородной зоны г. Ярославля

Работа посвящена изучению экологических проблем, сформировавшихся на территории Южной пригородной зоны г. Ярославля (ЮПЗ) в процессе тесного взаимодействия природы и общества, вопросам пространственного изменения экологической обстановки в этом районе и разработке мероприятий по ликвидации или предупреждению нежелательной направленности природных процессов и техногенных воздействий на природную среду, вредных для природы и общества.

Конец XX века ознаменовался всеобщим ухудшением состояния окружающей среды во всех уголках земного шара. Поиск новых путей и направлений в развитии общества привел к экологизации общественного сознания, появились новые направления в географической науке, в том числе и геоэкология «задачами которой являются выявление, оценка, типология, картографирование и прогнозирование экологических проблем и ситуаций, возникших в результате взаимодействия общества с окружающей средой» (Б.И. Кочуров, 1997).

За последнее время вопросами геоэкологии, географии экологических ситуаций и геоэкологического картографирования занимались многие видные ученые. Так необходимые теоретические разработки основ геоэкологии были подготовлены В. Б. Сочавой, Д. Л. Армандом, А. Г. Исаченко, B.C. Преображенским, И. П. Герасимовым, М. А. Глазовской и многими другими.

Разработкой принципов инженерно-географического районирования для развития геоэкологии занимались Г. А. Голодковская и В. Т. Трофимов, а проблем инженерной геодинамики Г. С. Золотарев, В. Д. Ломтадзе, А. И. Шеко, В В. Кюнтцель, B.C. Круподеров, Г. П. Постоев и др.

Значительный вклад в разработку методологии и методики оценки, картографирования и прогнозирования экологических ситуаций внесли A.A. Лютый, Б. И. Кочуров, Л. А. Чепалыга, А. В. Антипова, Л. М. Корытный, Л. Л. Розанов, Э. А. Лихачева, Д. А. Тимофеев, Ю. П. Селиверстов, М. П. Жидков, А. Н. Маккавеев, И. В. Чеснокова, В. П. Чичагов, Л. А. Некрасова и др.

Анализу техногенных воздействий на окружающую среду посвящены работы Ю. В. Саета, Т. В. Звонковой, Е. М. Никифоровой, Е. П. Сорокиной, Н. П. Солнцевой и других исследователей.

Экологическими исследованиями в Ярославской области занимаются Государственный комитет по экологии, центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Комитет по земельным ресурсам и землеустройству, Ярославский филиал государственного предприятия Московского научно-производственного центра геолого-экологических исследований и использования недр «Геоцентр-Москва» — «Ярославльгеомониторинг», комитет природопользования департамента АПК Администрации Ярославской области, областной центр Госсанэпиднадзора, институт биологии и внутренних вод РАН, кафедра экологии государственного университета и др.

Наиболее весомый вклад в изучение экологической обстановки Ярославской области внесли ученые В. Л. Рохмистров, В. И. Преснухин, Б. В. Поярков, Е. Ю. Колбовский, В. А. Беляев, О. В. Карунин, Г. А. Фоменко, М. В. Груздев, Е. Г. Сабуров, Г. К. Тихомирова и многие другие.

К настоящему времени в стране в целом и в Ярославской области в частности сложилась чрезвычайно сложная экологическая обстановка. Ее ухудшение в целом привело к целому ряду негативных процессов: к деградации природных ландшафтовк резкой активизации экзогенных геологических процессов (эрозии, оползней, заболачивания, подтопления и др.) — к увеличению риска проживания населения, в том числе, к неблагоприятному естественному движению населения, росту социальной напряженности и возникновению конфликтов, увеличению заболеваний, связанных с неблагоприятной экологической обстановкойк истощению природно-ресурсного потенциала территорий.

Для территории Ярославской области характерны относительно слабоизмененные природные комплексы и полностью измененные в результате техногенных воздействий.

Южная пригородная зона г. Ярославля (ЮПЗ) является переходной между двумя этими категориями и трансформируется в сторону все большей изменения ландшафтов, являясь наиболее ярким примером перехода природных ландшафтов к промышленным урбанизированным территориям. Это позволяет проследить процесс формирования новых взаимоотношений природы и общества.

Уникальность выбранной для исследований территории ЮПЗ г. Ярославля заключается в том, что здесь наблюдается наиболее активное техногенное воздействие на природную среду и население. Так на территории ЮПЗ промышленными предприятиями выбрасывается в атмосферу загрязняющих веществ, таких как диоксид серы, оксиды азота, углеводородов и др. до 66 тыс. т. в год, в то время как промышленные выбросы крупнейших предприятий Рыбинска, Тутаева и других промышленных узлов г. Ярославля не достигают и 5−6 тыс. т в год.

Именно на этой территории наблюдается уникальное сочетание источников загрязнения отличающихся по видам и объемам загрязнения. Это большие промышленные производства (нефтеперерабатывающий завод, крупнейшая теплоэлектроцентраль области, опасный по токсичности выбросов завод «Техуглерода» и др.), добыча полезных ископаемых, пригородное сельскохозяйственное производство, гидротехническое освоение, крупные транспортные коммуникации (железные дороги, автодорожные магистрали федерального значения, р. Волга) гражданско-промышленное строительство.

Кроме того, именно здесь наблюдаются резкие изменения морфометрии рельефа от 80 до 180 м над уровнем моря в сочетании с мощными источниками загрязнений. Ни на одной другой территории Ярославской области таких контрастов не наблюдается.

Однако, несмотря на большое количество работ, посвященных проблемам геоэкологического картографирования, географии экологических ситуаций недостаточно уделено внимания инженерно-географическим разработкам региональных особенностей формирования экологических проблем и обстановок на равнинных территориях.

Территория Южной пригородной зоны Ярославля составляет 221 км². С запада она ограничивается Курбской низиной, с юга она проходит по водоразделу рек Которосли и Великой, а на востоке она ограничивается р. Волгой (рис. 1). Большую ее часть '132 км2, или 60% - занимает бассейн р. Великой. Поэтому основное внимание уделяется изучению этой реки и факторов, определяющих геоэкологическую обстановку на площади этого бассейна.

В пределах Южной пригородной зоны, в нижнем течении р. Великой, на экологическую обстановку влияет промышленная разработка кварцевых песков Воробинского месторождения. Для оценки степени такого влияния этот участок исследовался как «ключевой». В Ярославской области не проводили исследования влияния песчаных карьеров на изменчивость геосреды, и в этом отношении режимные экологические наблюдения на участке добычи песков Воробинского месторождения дают весьма ценный уникальный материал.

Основная цель работы заключается в изучении пространственно-временных особенностей формирования экологической обстановки в Южной пригородной зоне г. Ярославля и определении основных мероприятий по обеспечению экологически безопасного и гармоничного развития территории. епе/, коГйсльнищ (МИН.

ИЛ Л—.—.

Ииш^пл.

С^аМУчЛМЯ^ Коб","" 'Г"У[ц^'Бропаш^.

•да" ?"".

К>" и.

Иваново^, ЛГошммихЦ ч" '" *' гт.

ВбсЭС.

Горка.

С Хари: ¿-^"¿-¡-¡-^¡-й етл пь.

I г5э"•. ' С^{фсрентъевскся} г.

БсреоЪ^.

КрснсбО.

ЬЪлимтьсвскал./.&Ли^зсхая, КА ViL. мшсео^Ш^кина,'^) ¦ р^Ссрок и н г.

Щ ¦ / Г I.

Г-Юрь зв¦ .

3 159.

МиЩин^.

————^ ——Ж.

Заборкое ЧхСвхеновс’к.

I—.

I Коу^евеГ/ 0 } Г л.

Мефедоеб Миг^чев.

Ус: п.Ченцово.

1 > олодино,^ — ?V.

— К, у 4.

О Л лфванолское1 Тнля? очо / ^—.

Г. -Г;

Щ п (1 -Лсгианита] -Ч.

Г'.- 34 — Х2&У Г" а'^АТТ" ^" гЪориноГ' Жа^СслЬщи.

ЗХсеаф —.

Федорол.

Ж .!А1/шовки с"•*' ^^ ' ' V-', Берд"циио6"ХЛ" Т^{Рослякова} ХОркгци^ уМальеОйа У «211 Ц| V — «V ! Д-Х' ' ?Г-ЛТЧ басил' «Ц"о' 1 Г.

Т:

Ч [Точиэа.

0 /Х^иЗико—^ НовсИ ХТ- >) ал.

05 4 ' ' «'.

А: ^" ''^" ^лг?. л'- ':. ' {'ъ/щекг^ Ч. / •.

Рис. 1 Южная пригородная зона г. Ярославля.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить целый ряд задач:

1. Разработать методику проведения анализа сложившейся экологической обстановки в районе исследования.

2. Исследовать современное состояние отдельных компонентов природных и природно-техногенных ландшафтов.

3. Изучить и систематизировать данные о развитии современных геологических процессов.

4. Дать оценку различных видов хозяйственной деятельности и исследовать их влияние на формирование экологической обстановки.

5. Дать комплексный анализ экологической обстановки ЮПЗ г. Ярославля и построить картографическую модель пространственно-вероятностного прогноза изменения природной среды под влиянием техногенных нагрузок.

6. Предложить общие направления мероприятий по улучшению экологической обстановки в районе и обеспечению условий экологически безопасного проживания населения.

Основные защищаемые положения:

• методы комплексных исследований пространственно-временных особенностей формирования экологической обстановки в районе;

• пространственные различия влияния разнообразных видов хозяйственной деятельности человека (сельское хозяйство, мелиорация, горные работы, транспорт и др.) на формирование экологической обстановки на территории ЮПЗ г. Ярославля, качественная и количественная характеристика такого влияния;

• комплексный региональный анализ экологической обстановки интенсивно освоенной территории для целей экологически безопасного и гармоничного развития района.

Научная новизна: впервые обобщены и систематизированы данные о влиянии различных видов хозяйственной деятельности человека на формирование экологической обстановки территории ЮПЗ г. Ярославлявыявлены качественные и количественные взаимосвязи между компонентами природной среды и техногенными нагрузками на нееустановлены пространственно-временные особенности изменения природной среды и техногенных нагрузок и формирования различных экологических проблем в районеразработано содержание и построены специализированные карты районирования территории, отражающие формирование экологической обстановки в районе ЮПЗ г. Ярославля.

Теоретические и практические результаты исследований способствуют решению научной проблемы — комплексного регионального анализа экологической обстановки под влиянием техногенных нагрузок.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях и совещаниях, проходивших в Ярославле: 54-я конференция преподавателей Ярославского педагогического университета (1999 г.), 7-я конференция молодых ученых Ярославского государственного педагогического университета (1999 г.), IV Международная конференция «Инженерная география. Экология урбанизированных территорий» (1999 г.), Всероссийское совещание «Геодинамика и техногенез» (2000 г.), научная конференция «Актуальные проблемы естественных и гуманитарных наук на пороге XXI века» (2000 г.).

Материалы диссертации послужили основой для рекомендаций по экологически безопасному освоению территории Воробинского месторождения кварцевых песков. Многие положения работы использовались автором при проведении полевых практик студентов Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова.

Результаты исследований внедрены и оформлены актами внедрения в ФГУП НПЦ «Недра», в ГП МНПЦ «Геоцентр-Москва» — Ярославльгеомониторинг, в Государственном комитете по охране окружающей среды Ярославской области, в ОАО «Ярославский завод силикатного кирпича» и в ООО «Центр обследования и усиления зданий и сооружений».

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, из них 336 стр. машинописного текста, 93 рисунков, 45 таблиц, приложения и списка литературы из 125 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Комплексный региональный анализ природной среды Южной пригородной зоны г. Ярославля был проведен для решения задач по изучению особенностей сложившейся экологической обстановки, для определения основных мероприятий по обеспечению гармоничных и экологически благоприятных условий совместного развития природы и общества, инженерной защиты этой и других, аналогичных ей территорий.

Разработана методика комплексных региональных экологических исследований природной среды территории ЮПЗ г. Ярославля для изучения пространственно-временных особенностей формирования экологической обстановки в этом районе и для определения основных мероприятий по обеспечению экологически безопасного и гармоничного развития территории. Методика основана на учете совместно развивающихся природных факторов (климат, геологическое строение, поверхностные и подземные воды, растительность и др.), при сложившихся условиях проживания населения и их изменений под влиянием техногенных нагрузок. Путем применения графоаналитических исследований, методов математической статистики, картирования и картографирования объектов изучения.

Выполнены комплексные исследования климатических, гидрологических, почвенных, гидрогеологических, инженерно-географических, гидрохимических, бактериологических и ботанико-зоологических условий территории позволили выявить природные особенности нежелательных изменений экологической обстановки. Были разработаны подходы и выполнен комплексный анализ совместного воздействия всех основных видов техногенных нагрузок на природную среду с применением методов картографирования.

.Были исследованы особенности рельефа и оценена его роль в характере распространения загрязнений по территории ЮПЗ г. Ярославля. Такая особенность рельефа как наличие ложбинообразных понижений способствует застаиванию загрязненного воздуха в них и увеличению концентрации загрязняющих веществ. Кроме того, было выявлено, что загрязняющие вещества накапливаются в субаквальных и трансаквальных геохимических уровнях рельефа, ограниченных изолиниями 84−120 м расположенных в долине р. Волги, что приводит к увеличению заболеваний проживающего на этих территориях населения.

Дана оценка роли климата в формировании подземного и поверхностного стока, а также в загрязнении территории Южной пригородной зоны. Основным фактором, влияющим на распространение примесей в атмосфере, является режим ветров. При этом.

направление ветра влияет на общее направление миграции вредных веществ в атмосфере, а скорость ветра определяет характер рассеивания и переноса примесей. Все это было отражено на схемах и картах.

Выявленная изменчивость химического и бактериологического состава поверхностных и подземных вод в годовом и многолетнем циклах помогла дать рекомендации по хозяйственно-бытовому и промышленному использованию источников воды. Многие источники, особенно вблизи ареалов загрязнений были признаны непригодными не только для питьевого водоснабжения, но и для хозяйственно-бытовых целей.

Проведены почвенные исследования для определения трансформации почв при их загрязнении. На ряде созданных геоэкологических карт нашло отражение загрязнение почвенного покрова на территории ЮПЗ, где наибольшие концентрации загрязнителей испытывают населенные пункты Дубки, Щедрино, Карабиха, Красные Ткачи и санитарно-защитная зона, в пределах которой расположены два садово-огородных кооператива.

Велись наблюдения за растительным покровом для определения изменения видового состава, урожайности и вегетации. Исследовался процесс зарастания водного сечения р. Великой, определен флористический состав водной растительности, выявлена динамика развития водной растительности, определена плотность покрытия водного сечения реки растительностью. Определено, что пойменные луга левосторонне заливной поймы р. Великой остаются в естественном своем развитии, представляют собой ценное сельскохозяйственное угодье, в настоящее время совершенно не используемое, находится в состоянии динамического равновесия. Биогеоценозы практически по всей долине р. Великой подверглись сильнейшему техногенному воздействию, что привело на значительной части территории к их уничтожению, или существенному разрушению, или переформированию. На ряде территорий идет формирование новых видов биогеоценозов, так в частности в районе добычи полезных ископаемых это приводит к образованию выработок отвальных экотехнических систем, характеризующихся механическим нарушением литогенной основы, почвенного и растительного покрова.

Полученные в результате исследований данные о развитии современных геологических процессов позволили выявить взаимосвязи между хозяйственной деятельностью населения, техногенными нагрузками и степенью активизации экзогенных геологических процессов.

Были изучены современные экзогенные геологические процессы, определена активность их развития под влиянием техногенных нагрузок с учетом каждого фактора.

действующего на экологическую обстановку (эксплуатация ГЭС, земледелие, строительство, добыча полезных ископаемых и др.). Установлено, что наиболее активно развиваются процессы подтопления и заболачивания территорий. В результате работы Горьковского водохранилища на водосборах рек Которосли и Великой происходит активизация таких геологических процессов как подтопление, заболачивание, обрушение берегов. Подпор многих малых рек водохранилищем приводит к изменению многих компонентов природной среды: почв, растительности, биоценозов.

Исследована роль основных видов хозяйственной деятельности в формировании экологической обстановки. Были выявлены основные источники загрязнения ЮПЗ г. Ярославля, какими являются предприятия южного промышленного узла, дан анализ их влияния на изменение природной среды. Экологическая обстановка в ЮПЗ г. Ярославля в результате спада объемов выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями за 1990;е годы улучшилась. Сейчас она находится под контролем многих природоохранных служб, в том числе и на предприятиях.

Для детальных исследований территории Южной пригородной зоны была создана система мониторинга по Воробинскому месторождению кварцевых песков с действующим карьером.

Результатом решения задач, которые были поставлены в период исследований стал анализ изменения гидрогеологических условий участка под влиянием промышленной разработки месторождения кварцевых песков, а также на загрязнение поверхностных вод. На основании полученных данных исследований было определено, что во всех случаях высокого или низкого положения уровня грунтовых и поверхностных вод уровень воды в р. Волге был ниже уровня воды в р. Великой. Т. е. р. Волга дренирует верхний водоносный горизонт и не влияет на гидрогеологические условия Северного участка. Выявленное загрязнение поверхностных и подземных вод происходит вне района добычи кварцевых песков. В то же время происходят значительные изменения в геоморфологическом облике окружающей территории месторождения, под угрозой деградации в результате вырубок и последствий увеличения площади карьера находится сосновый бор, остается и опасность захвата грунтовых и поверхностных вод в результате дальнейшей добычи песка, при искусственном понижении грунтовых вод.

В работе выявлены качественные и количественные взаимосвязи между компонентами природной среды и техногенными нагрузками. Составлена серия специализированных карт, на которых нашли отражение: хозяйственное освоение земель, плотность населения и связанная с ней экологическая напряженность,.

суммарный показатель загрязнения почв и грунтов, активизация экзогенных геологических процессов.

Установлено что при существующих техногенных нагрузках и прогнозируемых изменениях на территории Южной пригородной зоны г. Ярославля в.

течение предстоящих 25−30 лет может усилится напряженность экологической обстановки. Что может привести к целому ряду негативных процессов: к деградации природно-территориальных комплексов, к дальнейшему увеличению риска проживания населения, к резкой активизации экзогенных геологических процессов (эрозии, оползней, заболачивания, подтопления и др.), а также к истощению природно-ресурсного потенциала территории.

Составление серии карт завершилось созданием итоговой карты благоприятности и риска проживания населения, где были определены основные факторы, влияющие на геоэкологическую обстановку и интегральные оценочные категории степени техногенных нагрузок, которые обуславливают благоприятность и риск проживания населения. Был проведен анализ благоприятности проживания населения с учетом суммарного воздействия на территорию всех учитываемых факторов, отраженных на специализированных картах. Полученная информация о площадном распределении показателей благоприятности и риска проживания населения дала возможность определить территории благоприятные и неблагоприятные для проживания населения. Установлено, что площади с незначительным риском проживания населения занимают один процент территории ЮПЗ г. Ярославля, со слабым риском около 45%, площади с высоким риском 21%, необычайно высокий риск проживания населения характерен для 33% территории.

Для предупреждения и ликвидации нежелательных процессов изменения экологической обстановки на территории ЮПЗ г. Ярославля был предложен целый комплекс мероприятий: утилизация твердых и жидких отходов нефтехимических и машиностроительных предприятий, внедрение систем оборотного водоснабжения, изменения направления автотранспортных потоков, профилактические мероприятия по организации и регулированию поверхностного стока и восстановлению древесно-кустарниковой растительности.

Теоретические и практические результаты исследований ЮПЗ г. Ярославля могут быть успешно применены для решения аналогичных задач в Ярославской области и других регионах России.