Рабочая программа по дисциплине Анализ и прогноз уровня загрязнения атмосферы, океана и вод суши Специальность 020804 геоэкология

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Качественное картографирование условий самоочищения Количественное картографирование самоочищения Картографирование физического загрязнения Дозой облучения Рад — единица поглощенной дозы: 1 рад = 0,01 Гр. Бэр Измерение уровней радиоактивности. Картографическое представление результатов. Картографирование загрязнения почв и других депонирующих сред Составление эколого-геохимических карт Анализ эколого-геохимических карт Картографирование геодинамических процессов Качественное картографирование Количественное картографирование Картографирование последствий геолого-геоморфологического загрязнения Биоэкологическое картографирование Биоиндикационное картографирование

Подобный материал:

• Утверждаю, 147.55kb.
• Основная образовательная программа высшего профессионального образования по направлению, 516.15kb.
• C. Исследование атмосферы и океана оптическими методами, 41.93kb.
• C. Исследование атмосферы и океана оптическими методами, 39.28kb.
• C. Исследование атмосферы и океана оптическими методами, 41.81kb.
• Уутверждаю, 205.02kb.
• А. Л. Чижевский Челябинск, 1943, 39.25kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Учет и анализ банкротств» специальность 060500 «Бухгалтерский, 128.85kb.
• «Формы загрязнения природной среды. Загрязнители атмосферы, гидросферы, литосферы., 361.41kb.
• Геология месторождений полезных ископаемых специальность 020804 – геоэкология содержание, 54.54kb.

Картографирование загрязнения вод суши

Концентрации различных загрязняющих веществ, присутствующих в водной среде, характеризуются сложной временной динамикой и зависят от:

• интенсивности поступления в водоемы;
  
• скорости процессов самоочищения и осаждения;
  
• объема водной массы, характера и скорости ее движения.
  

Каждый из перечисленных факторов загрязнения относительно независим от других и обладает собственной динамикой. Загрязняющие вещества поступают в водоемы со сточными водами от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунально-бытовой сферы, с поверхностным стоком за счет смыва с загрязненных территорий, при осаждении из атмосферы, от вторичных химических процессов трансформации поллютантов, от естественных источников.

Объемы сточных вод определяются ходом процессов их образования и накопления на предприятиях и в быту. Особенностью процессов загрязнения водных объектов является резкая изменчивость, связанная с возможностью залповых сбросов из емкостей-накопителей, как технологически обусловленных, так и аварийных. Смыв с загрязненных территорий также крайне неравномерен во времени и происходит при стоке дождевых и талых вод, а также во время паводков. Осаждение из атмосферы определяется присутствием в ней осаждающихся (вымывающихся) примесей и наличием соответствующих метеорологических условий.

Интенсивность процессов самоочищения зависит от состояния экосистемы водоема, температуры воды и скорости течения. Объе­мы воды в водных объектах зависят от комплекса гидрологических факторов и характеризуются внутри- и межгодовой изменчивостью. Поэтому уровни загрязнения водных объектов в разных регионах изменяются по сезонам неодинаково, в зависимости от гидрологического режима, а также характера загрязнения и его источников. Формирование сравнительно повышенных уровней загрязнения отмечается в следующих случаях:

• при относительно стабильном поступлении загрязнения и пониженном расходе воды, в условиях низкой летней или зимней межени;
  
• при массированном поступлении загрязнений (в том числе взвешенных частиц) с поверхностным стоком, во время весенних и дождевых паводков;
  
• при залповых сбросах, вне зависимости от состояния водоема.
  

В последнем случае последствия определяются как масштабами сброса, так и интенсивностью самоочищения. Известно, что последствия аварийных сбросов многократно усугубляются, когда их воздействию подвергаются холодные воды умеренного пояса зимой либо арктического и субарктического поясов в любой сезон.

Нормирование загрязнения гидросферы базируется на гигиеническом принципе. Предельно допустимые концентрации устанавливаются, исходя из минимальных возможностей вредных воздействий. Но вредные воздействия на человека или ихтиофауну достаточно часто бывают связаны не только с техногенными, но и с природными причинами. Едва ли не в любом геохимическом ландшафте имеет место дефицит одних элементов и избыток других.

С другой стороны, известно, что для водной среды ПДК тяжелых металлов установлены по валовым содержаниям, тогда как токсичны лишь свободные ионы. В результате по ряду веществ ПДК фактически установлены на уровне природного фона или даже ниже его, что искажает картину распределения уровней загрязнения и затрудняет использование интегральных показателей качества воды.

Картографирование самоочищения поверхностных вод может выполняться на качественном или количественном уровне исследования. Первое используется в мелко- и среднемасштабных, оценочных работах, выполняемых для больших территорий. Второе становится возможным при крупномасштабных исследованиях, посвященных анализу конкретных ситуаций, прогнозированию последствий возможных и реальных случаев загрязнения.

Качественное картографирование условий самоочищения включает подразделение водных объектов на ряд категорий по параметрам, определяющим условия самоочищения:

• интенсивности перемешивания;
  
• температурам воды в летние месяцы;
  
• условиям разбавления загрязняющих веществ.
  

Интенсивность перемешивания воды в реках зависит от турбулентности потока, что, в свою очередь, контролируется характером рельефа и донных отложений. По этим условиям реки подразделяются на равнинные, предгорные (низкогорные) и горные; им соответствует слабая, средняя и сильная интенсивность перемешивания. По температурным характеристикам выделяется три категории рек со средними температурами в летнее время до 15°, 15-20°, выше 20°.

Сочетание характеристик перемешивания и температур позволяет выделить четыре категории условий самоочищения за счет трансформации загрязняющих веществ: благоприятные, относительно благоприятные, средние, неблагоприятные. Условия разбавления загрязняющих веществ определяются по среднегодовым расходам воды; по этому показателю реки подразделяются на шесть категорий. По сочетанию условий трансформации поллютантов и разбавления выделяется шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие.

Для озер основной фактор перемешивания воды — ветровое волнение. Оно оценивается через показатель относительной мелководности, определяемый как отношение средней ширины или (для изометричных водоемов) квадратного корня из площади к средней глубине.

По сочетанию этого показателя и средних температур за летние месяцы выделяются те же четыре градации условий трансформации поллютантов, что и для рек. В качестве показателя условий разбавления загрязняющих веществ для озер используется их объем (шесть градаций).

По сочетанию условий трансформации и разбавления поллютантов для озер выделяются те же шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие. Градации, выделяемые по указанным признакам, относятся к довольно крупным регионам, что позволяет решать задачи мелкомасштабного картографирования.

Для передачи указанных характеристик самоочищения применяют линейные знаки (для рек) и ареалы (для водоемов), с использованием на многокрасочных картах «принципа светофора»: оттенков зеленого, желтого и красного цветов, сменяющих друг друга по мере ухудшения условий. На черно-белых картах используются штриховки, густота которых увеличивается по мере ухудшения условий.

Количественное картографирование самоочищения выполняется при крупномасштабных работах и базируется на прогнозе на основе известных зависимостей скоростей трансформации конкретных веществ от температуры среды.

При количественном картографировании предметом изображения являются не параметры самоочищения (их перевод из табличной формы в картографическую, с учетом температурных характеристик, возможен, но обычно нецелесообразен), а прогнозируемые результаты процессов самоочищения. Рассчитывается распространение веществ от мест их поступления в реку к опреде­ленным датам и ожидаемые концентрации по створам.

Наиболее эффективным средством решения такой задачи является математическое моделирование потоков загрязнений с визуализацией результатов методом графической визуализации.

Экологическое состояние водоемов складывается в результате взаимодействия факторов самоочищения и техногенной нагрузки и определяется, главным образом, путем стационарных и экспедиционных исследований. Показатели экологического состояния водоемов включают значительное число гидрохимических и гидробиологических характеристик. Для водоемов, используемых в хозяйственно-питьевых и рекреационных целях, установлено 11 основных показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсичных веществ), в том числе ПДК для 420 веществ.

Для водоемов, используемых в рыбохозяйственных целях, установлено девять основных показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и при­вкусы, окраска, температура, рН, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание токсичных веществ), в том числе ПДК для 72 веществ.

В биоэкологических исследованиях используются характеристики видового разнообразия, наличия и доли индикаторных видов. Роль индикаторных организмов могут выполнять виды, наиболее чувствительные к загрязнению и (чаще) малочувствительные к нему — сапробионты.

Для целей картографирования чаще всего используется индекс загрязненности воды (ИЗВ). В качестве косвенных характеристик, относящихся к техногенной нагрузке на бассейны, используются данные об объемах и структуре сточных вод, в том числе отнесенные к единице площади бассейна или к объему стока воды.

Информационные источники и методы картографирования за­грязнения поверхностных вод различны для карт разных масштабов. Для создания обзорных мелкомасштабных карт линейными знаками (для рек) и ареалами (для озер и водохранилищ, выражающихся в масштабе карты) характеризуются классы качества воды для протяженных участков крупных рек и озер, структурными знаками — уровни и состав загрязнения, объемы и состав сбросов, картограммами — техногенная нагрузка на речные бассейны. При более детальном картографировании линейные знаки, характеризующие качество воды, дифференцируются по веществам.

При средне- и крупномасштабных исследованиях данные, заимствованные из статистических источников, целесообразно дополнять расчетными характеристиками диффузного загрязнения от сельскохозяйственных источников и сельских населенных пунктов, с использованием коэффициентов разбавления (КР).

При изучении диффузного загрязнения от источников в сельской местности картографируемая территория подразделяется на водосборные бассейны определенного порядка, в зависимости от масштаба исследования. Так, при картографировании масштаба 1:200 000 целесообразно выделение бассейнов третьего порядка (по Стралеру-Философову), а также оконтуриваемых ими межбассейновых пространств (территорий, относящихся непосредственно к бассейну основной реки или к бассейнам более низкого порядка, чем рассматриваемый). В пределах каждого бассейна путем анализа картографических источников и статистических данных определяют все действующие источники загрязнения поверхностных вод: населенные пункты, животноводческие комплексы и фермы, промышленные и коммунально-бытовые предприятия, места размещения сельскохозяйственной и транспортной техники.

Отдельно учитываются и обозначаются на карте потенциально опасные объекты: нефтепромыслы, трубопроводы, хранилища пестицидов, удобрений, горючего и др. Объемы и состав сточных вод от действующих источников определяются по укрупненным нормативам водоотведения. Для потенциально опасных источников может быть указана территория, подвергавшаяся их воздействию в прошлом (при наличии данных об имев­ших место авариях) либо могущая быть загрязненной (при наличии соответствующих расчетов).

Для определения коэффициентов разбавления объемы сточных вод от всех источни­ков в пределах бассейна делят на сток воды в замыкающем створе за ту же единицу времени. Сведения о стоке воды могут быть получены из данных Государственного водного кадастра (Многолетние дан­ные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши; Ресурсы поверх­ностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики), а при их отсутствии — из данных региональных гидрологических исследований либо расчетно-графическим путем на основе региональных зависимостей между гидрологическими и морфологическими параметрами. Показатели разбавления могут определяться, исходя из разных величин расходов воды в замыкающем створе: среднегодовых, характерных для определенных фаз водного режима; 95% обеспеченности, как того требуют нормативные документы по установлению предельно допустимых сбросов.

При картографировании показателей разбавления по водосбор­ным бассейнам целесообразно учитывать и отображать на карте с

помощью знаков, картограмм, картодиаграмм не только общий объем, но и состав сточных вод по их происхождению:

• от промышленных предприятий (с подразделением по отраслям);
  
• животноводческих комплексов и ферм;
  
• жилищно-коммунального хозяйства;
  
• транспортной и сельскохозяйственной техники.
  

Картографирование загрязнения поверхностных вод на основе данных натурных измерений при экспедиционных исследованиях распространения не получило в силу высокой подвижности водной среды и, соответственно, быстрой изменчивости показателей загрязнения.

3. Картографирование физического загрязнения
   

К физическим факторам окружающей среды, подверженным трансформации в результате деятельности человека и являющимся предметами гигиенической регламентации, относятся: шумовое загрязнение, электромагнитные и радиационные поля.

Картографирование физических факторов, с одной стороны, облегчается возможностью их непосредственного измерения с помощью соответствующих приборов, с другой — осложняется вследствие высокой пространственной и временной изменчивости. Поэтому физические факторы среды становятся предметами картографирования там, где существуют устойчивые источники соответствующих влияний: в районах радиоактивного загрязнения; в зонах воздействия автомагистралей, аэропортов и других источников шума; вблизи излучателей радиоволн и ЛЭП. Вследствие высокой временной и пространственной изменчивости определяемые и картографируемые параметры относят к некоторым условным моментам (конкретные даты для уровней радиации; утренние часы «пик» для характеристики шумовой нагрузки) и элементам местности (трассы ЛЭП для электрических полей; линии в 7,5 м от оси ближайшей полосы движения при характеристике автотранспортного шума).

Картографирование радиационной обстановки

Карты радиационной обстановки получили широкое распространение после Чернобыльской катастрофы. При этом была использована приборная и методическая база, сложившаяся за долгие годы радиометрических съемок при геологических исследованиях, а также в атомной промышленности и энергетике.

При изучении радиационной обстановки используют полевые и дистанционные методы. Измерение уровней гамма-фона проводится с помощью радиометров (дозиметров), при выполнении наземных маршрутов с заданной густотой расположения точек, либо дистанционно (с летательных аппаратов, оборудованных со­ответствующими приборами).

Единицы измерения радиоактивности. Исходной величиной в системе СИ является беккерель (Бк) — 1 распад в секунду.

Дозой облучения называется количество энергии излучения, переданной тканям организма.

Поглощенные дозы измеряются в греях (Гр), 1 грей равен 1 джоулю на килограмм массы. Однако при одинаковой поглощенной дозе α-излучение в 20 раз опаснее, чем β- и γ-излучение. Скорректированная с учетом этого доза называется эквивалентной дозой, измеряемой в зивертах (Зв).

Широко используются также внесистемные единицы, такие как кюри, бэр, рад.

В кюри (Ки) измеряется количество предстоящих радиоактивных распадов, с учетом количества и изотопного состава радиоактивных веществ, 1 кюри соответствует числу распадов в 1 грамме ²²⁶Ra, равняющееся 3,7-10¹⁰ Бк.

Рад — единица поглощенной дозы: 1 рад = 0,01 Гр.

Бэр (биологический эквивалент рентгена) — единица эквивалентной дозы: 1 бэр = 0,01 Зв. Безопасной дозой для взрослого человека, подверженного воздействию излучений в связи с профессиональной деятельностью, считается 50 миллизивертов (мЗв) в год. Уровень радиоактивного загрязнения измеряется в Ки/км².

Загрязненной считается территория, содержащая 1 Ки/км² и более.

Рентген — внесистемная единица измерения энергии экспози­ционной дозы ионизирующих излучений, определяемой по иони­зирующему воздействию на воздух. Дозе в один рентген соответ­ствует образование 2,08-10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха при нормаль­ных условиях. Интенсивность излучения чаще всего измеряется в рентгенах в час.

Измерение уровней радиоактивности. В отличие от выбора представительных точек при других видах полевых исследований, измерения гамма-фона обычно проводят в узлах геометрически правильных сеток. В результате выявляется общий уровень радиационного фона (обычно в мкр/ч), обусловленный как естественнымипричинами, так и техногенным загрязнением: выпадением аэрозолей, образовавшихся при ядерных испытаниях и авариях; аномалиями от локальных источников. В пределах выявленных участков повышенного фона для определения их происхождения и степени опасности определяется (на основе отбора и анализа проб) содержание отдельных радионуклидов в поверхностном слое почв, донных отложениях, растительных тканях.

Картографическое представление результатов. Радиационная обстановка обычно характеризуется на картах с использованием способа изолиний. Изолиниями могут передаваться уровни гамма-фона, содержание отдельных радионуклидов, мощность дозы облучения за определенный период. Аномалии, не выражающиеся в масштабе карты, обозначаются значками. В результате исследований изотопного состава радионуклидов создаются карты радиационного загрязнения, на которых характеризуется общее содержание радионуклидов в почвах и донных отложениях, обычно в кюри на км². На упрощенных картах, ориентированных на массовую аудиторию, иногда изображаются ареалы радиационного загрязнения, в том числе без количественной характеристики.

Картографирование шумового загрязнения может проводиться по результатам натурных измерений, на основе расчетных данных либо с использованием сочетаний того и другого. В первом случае используют результаты инструментальных измерений уровней шума шумомерами I или II класса. При этом, поскольку шумы с разными частотами при одинаковой интенсивности оказывают неодинако­вое физиологическое воздействие, измеряют в дБ, нормируют и картографируют эквивалентные уровни звука, т.е. скорректированные с учетом частотных характеристик.

Во втором случае картографирование ведется на основе дан­ных о величине автотранспортной нагрузки, структуре потока, дорожных условиях и характере застройки. Для получения этих данных проводятся наблюдения за напряженностью и структурой транспортных потоков в часы «пик» в рабочие дни недели; при этом фиксируются также дорожные условия, характер застройки и озеленения.

При оценочных работах может использоваться расчетная методика, которая позволяет определить приближенные значения уровней шума в зависимости от численности населения горо­да, уровня автомобилизации (число автомобилей на тысячу жителей) и значимости улиц (магистрали общегородского значения, районного значения и т.д.), с внесением поправок для учета особенностей планировки города, уклона улиц, доли грузового и об­щественного транспорта в потоке. Аналогичными табличными методами определяется шум вблизи железнодорожных и трамвайных линий, аэродромов, судоходных путей.

Сочетание инструментальных и расчетных определений уровней шума включает использование того и другого, в том числе в одних и тех же контрольных точках, в количестве, достаточном для получения статистически значимой выборки. Для учета местных особенностей городской среды проводится расчет уравнений регрессии, связывающих измеренные и расчетные значения уровней шума, и корректировка последних.

Методика создания карт шума при разработке генеральных планов и проектов детальной планировки предусматривает использование линейных знаков и соответственно характеристику только в пределах улично-дорожной сети. Однако расчетная методика предусматривает возможность приближенной характери­стики и внутриквартальных пространств. В этом случае оправдано применение изолиний. На основе изолинейных карт выделяют зоны шумового дискомфорта, в пределах которых превышаются гигие­нические стандарты.

Хотя уровни напряженности электрических и электромагнитных полей являются предметом гигиенической регламентации, публикации по методике составления соответствующих карт единичны. Практикуется способом линейных знаков изображать примерные значения электромагнитных полей вдоль городских улиц, т.е. на оце­ночном уровне охарактеризовать лишь воздействие воздушных ли­ний электропередач. Для локальных источников электромаг­нитных полей (радио- и телепередатчики, локаторы) показывается окружающая зона (сектор), в пределах которой при работе источни­ков превышаются гигиенические стандарты и иногда коли­чественные характеристики напряженности.

Характеристики физического загрязнения на специализирован­ных картах принято изображать в соответствующих единицах изме­рения: дБ, В/м², мкр/ч, Ки/км². При интеграции физических харак­теристик в суммарные показатели антропогенной нагрузки требует­ся нормирование фактических уровней на предельно допустимые, т.е. переход к долям соответствующих ПДУ. Объединение в одном показателе разных видов физических полей не практикуется.

4. Картографирование загрязнения почв и других депонирующих сред
   

Загрязняющие веще­ства способны сохраняться в почвах многие годы и десятилетия, создавая непосредственную угрозу здоровью населения. Наличие остаточного загрязнения на месте старых промышленных зон, скла­дов, свалок часто становится причиной конфликтных ситуаций при жилищном строительстве и рекреационном освоении территорий, при сделках с недвижимостью. Поэтому в настоящее время в нормативных документах по инженерно-экологическим изысканиям предусмотрено обязательное определение показателей загрязнения почв тяжелыми металлами, ввиду их индикационного значения. В случаях когда их концентрации не превышают фоновых, исследования на предмет других видов загрязнения не проводят.

Загрязнение почв исследуется в двух аспектах:

• как самостоятельная экологическая проблема;
  
• как индикатор общего экологического неблагополучия территорий.
  

Загрязнение почв как самостоятельная экологическая проблема изучается выборочно, где имеются основания ожидать высоких уровней содержания тех или иных специфических веществ, как правило, высоких классов опасности (радионуклидов, пестицидов, ПАУ и др.). Такие исследования обычно проводятся на ограниченных площадях, они отличаются высокой детальностью (масштабы от 1:10 000 до 1:500) и имеют целью удаление и захоронение выявленных скоплений веществ, представляющих непосредственную опасность. По окончании работ по очистке организуют повторные обследования в целях контроля.

Исследования загрязнения почв, направленные на сравнительную оценку общего уровня экологического неблагополучия территорий (эколого-геохимические съемки), проводятся в крупных и средних масштабах (от 1:200 000 до 1:10 000) и охватывают территории городов и их частей, а в отдельных случаях целых регионов.

Изучение загрязняющих веществ, содержащихся в снеге, позволяет охарактеризовать атмосферные выпадения за конкретный сезон. Отбор снеговых проб целесообразно проводить в конце зимы, чтобы охарактеризовать по возможности более длительный период, но до начала снеготаяния, чтобы избежать выщелачивания растворимых компонентов.

Пробы снега отбирают из шурфов; в состав пробы включается весь извлеченный снег, на всю мощность снежного покрова. Для достоверности результатов важно исключить попадание в пробу частиц подстилающего грунта, мусора и т.п. Поэтому места отбора выбираются вне дорог, троп и других мест, где вероятно попадание механических примесей. При отборе необходимо фиксировать дату и площадь шурфа.

Для получения характеристик интенсивности атмосферных выпадений важно определить абсолютное содержание твердых и растворимых примесей в пробе. Поэтому при обработке проб анализируется весь объем полученной воды и твердого нерастворимого материала. По известной массе твердых (пылевых) частиц определяют величину пылевой нагрузки Р_n (в мг/м² в сут.) по формуле:

,

где Р_о — масса пыли в пробе (мг); S — площадь шурфа (м²); t — время от установления устойчивого снежного покрова (сут.). Аналогичным образом по массе растворенных веществ в пробе определяют интенсивность их выпадения.

Интерпретацию результатов анализа снеговых проб проводят аналогично с почвенными пробами, путем сравнения с фоновыми показателями, с определением поэлементных показателей К_с и суммарных Z_c. Размах колебаний результатов при снеговой съемке значительно выше, чем при почвенной. Поэтому оценочная шкала для снега имеет иные градации:

• допустимому уровню загрязнения соответствуют значения Z до 64;
  
• умеренно опасному — от 64 до 128;
  
• опасному — от 128 до 256;
  
• чрезвычайно опасному — более 256.
  

Состав донных отложений отражает геологическое строение, рельеф и экологическое состояние водосборного бассейна. В фор­мировании загрязнения донных отложений велика перераспределяющая роль водного потока. Загрязняющие вещества неодинаково концентрируются в отложениях разного гранулометрического состава. Поэтому при опробовании донных отложений необходимо учитывать фациальные особенности.

Для объективной характеристики водотоков и водоемов рекомендуется отбирать осредненные пробы, состоящие из нескольких частных проб. На небольших и неглубоких водотоках, русло которых слагается однородным материалом, отбирают осреднен­ные по поперечному профилю пробы. На крупных водоемах и во­дотоках пробы отбирают вблизи уреза воды, в местах видимой ак­кумуляции наносов. При наличии илистых отложений отбирают вертикальные колонки илов, по возможности на всю мощность. При значительных мощностях илов может проводиться изучение их вертикального разреза.

Загрязнение донных отложений оценивается путем сравнения с природным фоном, с определением К_с и Z_c, аналогично оценке загрязнения почв и снега. Важнейшее условие объективности оценок — однотипность фациального состава сравниваемых отложений.

5. Составление эколого-геохимических карт
   

В результате эколого-геохимических съемок создают моноэле­ментные карты и карты суммарных показателей загрязнения Z_c. Карты составляются с использованием способа изолиний с по­слойной окраской или штриховкой (рис. 24). Интерполяция между значениями выполняется с учетом пространственных закономер­ностей (географическая интерполяция). При этом необходимо учи­тывать, что в условиях городов и горнопромышленных зон широ­ко распространены поверхности,- которые не могут быть охаракте­ризованы данными опробования (застройка, асфальтированные поверхности). Во многих случаях такие объекты — источники за­грязнения. При расположении вблизи от них точек с высокими значениями К_с соответствующий контур высокого загрязнения рас­пространяют на весь вероятный источник (промышленное пред­приятие, магистральную улицу) или часть его, но чтобы это не противоречило другим точкам.

Обязательные требования при выполнении интерполяции расположение всех точек, охарактеризованных количественными данными, в пределах контуров соответствующих градаций, а также последовательная смена градаций. Изолинии уровней загрязнения, как и любые другие изолинии, не должны соприкасаться, пересекаться, прерываться. Исключением из этого правила является резкая смена искусственных (преобразованных) и естественных грунтов, с резко различающимися уровнями загрязнения. Участки распространения таких грунтов могут выделяться особо, с использованием способа ареалов. Мелкие аномалии, не выражающиеся в масштабе карты, обозначают значками.

Цветовая гамма послойной окраски подбирается согласно «принципу светофора».

6. Анализ эколого-геохимических карт
   

На картах загрязнения почв, снежного покрова, донных отложений выделяются техногенные геохимические аномалии различ­ного происхождения, территориального охвата, степени выражен­ности и опасности. Важнейшая задача анализа эколого-геохими­ческих карт — выявление причин образования аномалий, что служит предпосылкой целенаправленной, адресной разработки пла­нов природоохранных мероприятий. Эта работа должна опираться на сбор и анализ имеющихся в природоохранных органах матери­алов о технологии производства на предприятиях, составе исполь­зуемого сырья и отходов.

При анализе эколого-геохимических карт может применяться весь арсенал средств картографического метода исследования:

• визуальный;
  
• графический;
  
• картометрический;
  
• математико-статистический метод анализа;
  
• математическое моделирование;
  
• использование приемов теории информации.
  

Хорошие результаты дает сопоставление эколого-геохимических карт с геологическими, гидрогеологическими и тектоническими, геоморфологическими, микроклиматическими, геоботаническими, ландшафтными, а также картами землепользования. При совместном использовании карт разной тематики определяют и сравнивают эколого-геохимические параметры (средние значения К_с и Z_c, показатели изменчивости) для представленных на картах выделов различного характера. Их сопоставление между собой и с характеристиками, снимаемыми с соответствующих карт, позволяет качественно и количественно оценивать роль различных факторов в формировании техногенных геохимических аномалий.

Наибольшим разнообразием происхождения отличаются педо-геохимические аномалии. Среди них различают: аэрогенные (обусловленные осаждением пылегазовых выбросов), гидрогенные (сформированные загрязненными водами), агрогенные (образовавшиеся вследствие агротехнических воздействий) и вейстогенные (связанные с твердыми отходами).

Для аэрогенных аномалий характерны следующие признаки: поверхностный характер, относительно значительные размеры, постепенность изменения элементного состава и концентраций. При этом максимумы концентраций могут отстоять от источника на расстояние до нескольких километров (от 10 до 40 высот в случае высоких источников горячих выбросов).

В составе аэрогенных аномалий обычно преобладают элементы, отражающие специфику производства на предприятии — источнике загрязнения (легирующие добавки вблизи предприя­тий черной металлургии, профилирующие элементы вблизи предприятий по производству и переработке цветных металлов, ванадий и никель в зонах воздействия тепловых электростанций). На урбанизированных территориях, вне зависимости от производственной специализации, обычно наблюдаются повышенные концентрации элементов, характерных для автотранспортного загрязнения и общераспространенных технофильных (свинец, цинк, медь, марганец).

Гидрогенные аномалии выделяются приуроченностью к поймам рек, днищам оврагов и балок. Для них обычно свойственно значи­тельное участие элементов, характерных для стоков гальваничес­ких производств и очистных сооружений (серебро, никель, хром).

Агрогенные аномалии приурочиваются к сельскохозяйственным землям. Для них характерно присутствие фосфора и элементов-примесей, содержащихся в апатитах и фосфоритах (фтор, строн­ций, иногда также мышьяк, свинец, цинк, редкоземельные) [34].

Вейстогенные аномалии отличаются резкими перепадами со­става и концентраций. При их детальном изучении нередко удает­ся выявить частицы — носители загрязнения.

Сопоставление карт загрязнения почв и снежного покрова по­зволяет выявлять характер динамики аномалий. Различают анома­лии: реликтовые (выявляются по почвам, но не обнаруживаются по снегу), растущие (выявляются как по почвам, так и по снегу), формирующиеся (выражены в снегу, но отсутствуют в почвах).

Эколого-геохимические параметры многообразны, сложны и далеко не всегда поддаются однозначному объяснению. Анализ эколого-геохимических карт должен не усложнять, а упрощать понимание причин формирования территориальных различий в уровнях загрязненности, указывать на пути решения существую­щих проблем. Показатель эффективности эколого-геохимического исследования — четкие и конкретные выводы о наличии (или от­сутствии) и характере связи между загрязнением и определенны­ми природными и техногенными факторами, с соответствующи­ми практическими предложениями.

Картографирование геолого-геоморфологического загрязнения

Становлению картографирования геолого-геоморфологического загрязнения препятствует и междисциплинарная разобщенность практических работ по изучению процессов на поверхности и в недрах. Между тем очевидна и хорошо известна тесная связь тех и других, выражающаяся в явлениях геоморфогенной изостазии и тектонического предопределения геоэкологических ситуаций [109]. Однако внутреннее единство явления, выражающееся в тесной взаимосвязанности его разнообразных проявлений, не исключает его структурированности. В данном случае элементами структури­рованности являются:

• лито- и геодинамические процессы (с дальнейшим многоступенчатым подразделением);
  
• вещественные результаты геодинамических процессов (отложения, жидкие и твердые включения, нарушения сплошности пород);
  
• внешние влияния (последствия) геолого-геоморфологического загрязнения. Ключевая проблема в картографировании всех проявлений геолого-геоморфологического загрязнения — выделение антропогенной составляющей.
  

7. Картографирование геодинамических процессов
   

Практические вопросы картографирования процессов совре­менной геодинамики решаются без их подразделения на естествен­ную и техногенную составляющие. Считают, что имеются доста­точные основания сопоставлять основной период проявления со­временных процессов с временем научно-технической революции, начавшейся еще в конце XIX в. Картографирование интенсивности и результатов развития про­цессов может проводиться на основе специально разработанных классификаций, показателей и способов изображения либо путем показа состояний явлений в разные интервалы времени, т.е. на качественном или количественном уровне изучения.

Качественное картографирование включает выявление факта протекания процесса, его локализацию и (иногда) балльную оцен­ку интенсивности.

Процессы современной геодинамики затрагивают рельеф, по­чвы, растительность, поверхностные и подземные воды; каждое изменение геокомпонентов может рассматриваться как дешифровочный признак. Поэтому выявление и локализация геодинамических процессов и их последствий наиболее эффективнее применения методов дистанционного зондирования в разных спектральных диапазонах. Дешифровочные признаки, представляющие собой взаимосвязи между содержанием геодинамических процессов и их внешними проявлениями в фотоизображениях, имеют локальный или региональный характер распространения. Поэтому общепри­нятая методика картографирования процессов геодинамики включает выборочное полевое дешифрирование съемочных материалов на ключевых участках в целях выявления дешифровочных признаков и последующее сплошное дешифрирование в камеральных условиях. Выявлению техногенной составляющей процессов, а также характеристики их динамики способствует сопоставление разновременных снимков. Отдешифрированные контуры могут характеризоваться наличием одного ведущего и ряда сопутствующих либо двух и более равнозначных процессов.

Существует два возможных подхода к качественному картографированию геодинамических процессов:

• характеристика отдешифрированных контуров (перечень процессов, выделение среди них ведущих, оценка интенсивности);
  
• прослеживание контуров проявления процессов, иногда с выделением участков их наиболее активного протекания.
  

Первый подход отвечает задачам комплексных исследований, второй предпочтительнее при выполнении специализированных работ по изучению одного или нескольких процессов. При картографировании по контурам наиболее употребителен способ качественного фона; при прослеживании контуров проявления процессов используются ареалы.

Количественное картографирование может опираться на натурные измерения проявлений процессов за определенные интервалы времени, проводимые при экспедиционных, стационарных и полевых экспериментальных исследованиях.

В очень редких случаях предметом исследования становится комплекс процессов, преобладающая же часть исследований посвящена эрозионно-аккумулятивным процессам в речных бассейнах. Характеристиками их интенсивности служат:

• объем смытого материала (определяемый с помощью метода шпилек при изучении плоскостного смыва, путем наблюдений за продвижением вершин оврагов и денудационных уступов);
  
• интенсивность транспорта наносов и растворенного вещества (определяется через показатели твердого и/или ионного стока, на основе регулярного опробования водотоков);
  
• объем и/или мощность новообразованных отложений (определяется по накоплению илистых образований в прудах, руслах, на поймах и в искусственных ямах — ловушках);
  
• остаточное содержание гумуса (определяется по результатам почвенных исследований).
  
• Важнейшее условие сопоставимости результатов — нормиро­вание их на интервалы времени с определением соответствующих количественных характеристик, таких как модули твердого стока, в т/км² в год.
  

При наличии больших объемов эмпирических данных о факторах развития и интенсивности геодинамических процессов становится возможным их прогнозирование. Так, получило распространение использование уравнения почвенной эрозии, которое связывает величину смыва с единицы площади за единицу времени с рядом климатических, геоморфологических, почвенных и хозяйственно-агрономических характеристик. Имеются подобные уравнения для характеристики дефляции. При создании прогнозных количествен­ных карт геодинамических процессов вначале составляют серию факторных карт, характеризующих распределение всех параметров и эмпирических коэффициентов, а затем путем их наложения делят территорию на выделы и рассчитывают для них количественные характеристики интенсивности процессов.

Картографирование интенсивности геодинамических процес­сов проводится с использованием способа изолиний, как обобще­ние результатов многолетних стационарных и экспедиционных исследований (рис. 25). Выделение антропогенной составляющей эрозионно-аккумулятивных процессов основывается на сопостав­лении современных и доагрикультурных показателей либо на сравнении характеристик, относящихся к территориям с разными уровнями хозяйственной освоенности (прием подстановки времени пространством).

Характеристики первого типа фрагментарны, во втором случае всегда присутствует проблема сопоставимости ландшафтов-аналогов. Поэтому характеристики антропогенной активизации геоди­намических процессов даются в глобальных обобщениях и относятся к природным зонам и крупным регионам, уровня при­родных зон и физико-географических стран, что соответствует мелкомасштабному картографированию. На крупномасштабных картах интенсивность процессов характеризуется без подразделе­ния на природную и техногенную составляющие.

Картографирование техногенных и техногенно-измененных отложений и форм рельефа

Выявление и картографирование последствий техногенных воздействий на геологическую среду — составная часть крупномас­штабных геолого-экологических исследований. Методика их проведения предусматривает показ следующих подразделений техногенных отложений:

• техногенно-измененные (находящиеся в зонах влияния транспортных сооружений и коммуникаций, гидротехнических сооружений, отвалов, инженерно-строительных сооружений, горнодобывающих предприятий, водозаборов и водопонижающих скважин, сельскохозяйственных угодий, коммунально-складских территорий, селитебных систем, свалок);
  
• техногенно-переотложенные (намывные и насыпные грунты гидротехнических, транспортных и промышленных сооружений, селитебных систем, отвалы горнодобывающих предприятий);
  
• техногенно-образованные (отвалы теплоэнергетических, металлургических и химических предприятий, свалки промышленных и строительных отходов).
  

Выделение техногенно-переотложенных и техногенно-образован-ных пород ввиду их малого возраста и специфического состава не вызывает затруднений как при наземных маршрутных наблюдениях, так и при дешифрировании аэро- и космофотоснимков с достаточ­ным разрешением. Вопрос о картографировании техногенно-изме­ненных пород требует дополнительных исследований, нацеленных на достижение большой определенности. Отдельные виды измене­ний (водопонижение, загрязнение грунтов) имеют четкие критерии выделения, другие влияния (сельскохозяйственной деятельности) менее однозначны. Различают необратимые (загрязнение металлами) и обратимые (изменения уровней фунтовых вод) влияния. Выявление загрязнения грунтов в зонах влияния предприятий и коммуникаций является самостоятельной задачей, которая решается в рамках методики эколого-геохимической съемки.

Картографирование антропогенных изменений геологической среды было бы неполным без адекватного отображения искусственных сооружений, а также покрытий (асфальта и т.п.). То и другое включается в естественные круговороты и оказывает заметные воздействия на перераспределение воздушных потоков в приземном слое, соотношение между подземным и поверхностным стоками, геодинамические процессы.

Новейшие версии методик расчета рассеяния атмосферных за­грязнений предусматривают учет влияния застройки. Для рельефоидов важнейшими характеристиками, подлежащими картографи­рованию, оказываются: высотность, материал постройки и про­ницаемость (сплошность). Техногенные отложения и формы рельефа обычно изображаются способом ареалов или (при повсеместном распространении и территориально-дифференцированном харак­тере) способом качественного фона. Количественная характерис­тика изменений пород передается способом изолиний.

8. Картографирование последствий геолого-геоморфологического загрязнения
   

Отображение последствий техногенных изменений геологичес­кой среды в значительной степени обособлено от других направ­лений экологического картографирования. Среди прикладных работ преоб­ладает оценка риска возникновения техногенно спровоцирован­ных и техногенных аварий и катастроф с человеческими жертвами или нарушениями функционирования геотехнических систем.

Оценка риска техногенно спровоцированных катастроф — это часть более общей задачи географической оценки состояния террито­рий. Первая составляющая оценки риска — выделение потенциально неустойчивых состояний геосистем, что на практике осуществляется на интуитивном уровне, путем визуального анализа топографических, инженерно-геологических или геоморфологических карт и учета информации о прошлых событиях на данной и аналогичных территориях. Это означает разработку перечней чрезвычай­ных ситуаций (землетрясение, извержение вулкана, цунами, наводне­ние, обвал, карстовый провал, смерч и т.д.), возможных в пределах рассматриваемых территориальных единиц, с оценкой вероятности их возникновения в терминах лингвистических переменных типа «много», «средне», «мало» и составлением способом качествен­ного фона соответствующих оценочных карт. Территориальные единицы выделяются преимущественно по геоморфологическому признаку (поймы, террасы, склоны различных уровней крутизны и т.д.).

Вторая составляющая оценка риска — анализ мест размещения потенциально опасных объектов (атомные электростанции, места производства и хранения опасных веществ, трубопроводы и др.), с оценкой вероятности возникновения перечисленных выше и иных чрезвычайных ситуаций. При этом фактором, определяющим вероятность чрезвычайных ситуаций, обычно выступают геолого-геоморфологические условия. Поэтому контуры территорий с разными характеристиками риска определяются по материалам геологического и геоморфологического картографирования.

При наличии достаточно длительных рядов наблюдений или исторических данных вероятность аварийных ситуаций той или иной степени тяжести оценивается количественно, как число возмож­ных ситуаций в год или как обратная величина — возможность чрезвычайной ситуации один раз за определенный ряд лет. Сочетание природных и техногенных составляющих возможных катастроф позволяет оценить эколого-географическое положение конкретных объектов и экологический риск для соответствующих территорий.

Биоэкологические аспекты картографирования

Отображение состояния растительности, подверженной антропогенному воздействию, может выступать как цель либо как средство кар­тографирования. В первом случае (собственно биоэкологическое картографирование) в центре внимания оказываются доминантные и субдоминантные виды, группировки в целом, редкие виды, являющиеся предметом охраны, а также условия их существования. Во втором случае (биоиндикационное картографирование) изучаются виды, имеющие индикационное значение, вне зависимости от их роли в ассоциациях. Влияние условий существования исследовате­ли стремятся снивелировать путем подбора равноценных. В обоих случаях источник информации — дистанционные, картографичес­кие или полевые исследования биоты, и указанные разновиднос­ти картографирования при практической реализации тесно пере­плетаются между собой. Составная часть биоэкологических про­блем — изучение влияния (главным образом негативного) биоты на человека, что входит в задачи медико-географического картогра­фирования.

9. Биоэкологическое картографирование
   

Основы теории и методики биоэкологического картографиро­вания разработаны В. Б. Сочавой и его научной школой. В рамках этого научного направления картографирование осуществляется на основе качественных оценок растительных сообществ, подразделяемых на абсолютно коренные, практически коренные, условно коренные, длительно-производные и кратковременно-производные.

Коренные типы лесов различаются в зависимости от породного состава (рис. 27). Источники данной информации — материалы дистанционного зондирования в сочетании с полевыми исследо­ваниями на ключевых участках при мелкомасштабном картогра­фировании, маршрутные наблюдения при крупномасштабных исследованиях. В последнем случае объектом картографирования ста­новятся также состояние и тенденции развития растительных ком­плексов: восстановительные сукцессии после пожаров и рубок, се­рийные смены древостоев, стабилизация и др.

Выявление тенденций позволяет картографировать прогнози­руемые будущие состояния растительности и ландшафтов в целом в рамках ландшафтно-динамических сценариев [66]. Те или иные ландшафтно-динамические сценарии, в свою очередь, могут быть следствием выбора форм природопользования, что обычно дела­ется в рамках процедуры ОВОС.

Схожий характер имеет методика картографирования степени деградации почв [144], для которых определяются виды деградации (физическая, химическая, биологическая) с балльными оценками их уровня. Основной способ изображения — качественный фон.

Условия произрастания оцениваются по многочисленным по­казателям тепло- и влагообеспеченности, ресурсов питательных элементов. Наиболее распространенный прием интеграции показателей — суммирование баллов, что, однако, недостаточно эффективно вследствие существенных различий в значимости отдельных параметров.

Биоиндикационное картографирование

Биоиндикационное картографирование, как распространенный метод мониторинга состояния атмосферы и гидросферы, относительно хорошо обеспечено методической литературой. Для урба­низированных территорий основной биоиндикатор — состояние здоровья населения, в первую очередь детского. В сельской местно­сти и относительно слабо измененных ландшафтах изучаются растения с определенными пределами газоустойчивости; для водо­емов — наиболее устойчивые или, наоборот, чувствительные к загрязнению организмы.

Основные элементы биоиндикационного картографирования:

• выбор территориальных единиц;
  
• выбор биоиндикаторов;
  
• наблюдение за состоянием биоиндикаторов;
  
• обработка и картографическое представление результатов наблюдений.
  

Выбор территориальных единиц. Он определяется характе­ром используемых в данном исследовании биоиндикаторов. В случаях когда биоиндикаторы выбираются и изучаются непосредственно в ходе картографирования, имеется возможность формирования оптимальной сети районирования. Общее требование к территориальным единицам — объективность их обособления в силу барьерной роли разделяющих их границ. Ведущий (по отношению к другим геокомпонентам) фактор перераспределения величин антропо­генных воздействий — рельеф. Разработанная методика создания морфологической основы ландшафтно-геоэкологических исследований подразумевает подразделение территории на однородные грани, сочленяющиеся по ребрам рельефа (геотопологическое районирование). Эти грани образуют территориаль­ные ячейки, в пределах которых может производиться выбор биоиндикационных объектов. Биота, обладая динамикой саморазвития, способна формировать собственную сеть территориальных ячеек. Их образуют растительные ассоциации, находящиеся на разных стадиях сукцессии. Сочетание территориальных ячеек, выделенных по геоморфологическим признакам и по длительновременным состояниям геокомплексов, — наиболее эффективное решение про­блемы районирования, но в силу трудоемкости осуществимо лишь при очень детальных полевых исследованиях.

В случаях когда для картографических целей используется индикационный потенциал объектов, изучаемых с некартографической направленностью (медицинская статистика, материалы лесотаксации и др.), выбор территориальных единиц вынужденно определяется организацией соответствующей ведомственной статистики (административные районы, территории обслуживания поликлиник, врачебные участки; лесничества, лесхозы, лесные кварталы). Сетки районирования, как чужеродные по отношению к техногенным потокам и ореолам загрязнения, способны искажать территориальную структуру последнего, вызывая появление на карте искусственных границ.

При биоиндикационном картографировании (особенно в случаях, когда в его выполнении не принимают участия географы) вопрос выбора территориальных единиц может оставаться вообще нерешенным либо решаться формально, с использованием геометрически правильных сеток (растровое картографирование). В первом случае результаты исследований на отдельных участках произвольно экстраполируются на неопределенные площади; во втором случае на карте появляются искусственные прямолинейные границы. Избежать того и другого можно при показе на карте местоположений биоиндикационных объектов (обследованных деревьев и их групп и т.п.), с отнесением характеристик непосредственно к ним и возможностью проводить различия между интерпретацией (изолинии, в том числе на участках отсутствия биоиндикаторов) и фактическими данными.

В большинстве случаев выбор биоин­дикаторов также определяется состоянием медико-статистического учета, естественным распространением или культивированием био­индикационных объектов. В принципе всякая реакция организма на загрязнение является биоиндикационной; но задача исследования заключается в выявлении специфических реакций, позволяющих ус­тановить характер и масштабы воздействия [20]. Как показано выше, биоиндикационные закономерности имеют региональный характер. Поэтому выбор биоиндикационных видов и реакций применитель­но к условиям конкретной территории должен опираться на резуль­таты биоэкологических и геогигиенических исследований.

Проблема выбора конкретных биоиндикаторов определенных фитотоксикантов широко освещена в научной литературе. К рас­тениям, используемым в качестве биоиндикаторов, предъявляют следующие общие требования:

• воздействия загрязнений должны приводить к хорошо заметным реакциям;
  
• эффекты воздействия должны быть хорошо воспроизводимы при использовании растений генетически подобных популяций;
  
• эффекты воздействия должны характеризоваться специфическими симптомами, свойственными воздействию определенных веществ;
  
• растения должны быть чувствительны даже к низким концентрациям поллютантов;
  
• растения должны быть устойчивыми к заболачиванию, болезням и иным неблагоприятным влияниям, не связанным с загрязнениями.