Оценка эколого-геологического состояния урбанизированных территорий на примере г. Гомеля

0
88
оценка эколого-геологического состояния урбанизированных территорий на примере Гомеля

Изучение эколого-геологического состояния территорий крупных городских агломера­ций является важной и необходимой зада­чей экологической геологии. Только в пре­делах крупных городов в результате суммар­ного наложения различного рода воздейст­вий создается уникальный тип эколого-геологической системы, где геологическая среда подвергается весьма интенсивной техногенной трансформации, а ее состояние оценивается спецификой проявления ресурсной, геофи­зической, геохимической, геодинамической экологических функций литосферы (Трофи­мов, Зилинг, 2002).

В соответствии с современным состоянием проблемы изучения эколого-геологических условий урбанизированных территорий, разработка состава, структуры и содержа­ния комплексной оценки, позволяющей учи­тывать тематические, пространственные и динамические эколого-геологические кри­терии, является актуальной. Существующий опыт проведения эколого-геологических оце­нок предусматривает выбор наиболее значи­мых из воздействующих на основные био­тические компоненты факторов в основном на качественной основе, не позволяя тем самым доводить цепи межкомпонентных связей до конечного звена — состояния здо­ровья населения города.

Методика комплексной оценки эколого-геологического состояния урбанизированных территорий

Проведение комплексных эколого-геологических исследований урбанизированной территории реализовано нами на основе системного подхода с использованием функ­ционального анализа, который позволяет определить пути и способы достижения ста­бильного развития эколого-геологической системы.

Объектом исследований в процессе комп­лексной оценки выступают эколого-геологические функции верхних горизонтов литосфе­ры урбанизированной территории, предме­том — взаимосвязь техногенно измененной литосферы с биотой в пределах эколого-геологической системы, сформированной город­ской агломерацией. Методической основой служат принципы, детально разработанные В.Т. Трофимовым, Д.Г. Зилингом (2002).

В состав комплексной оценки урбанизиро­ванной территории входит три этапа, объе­диненных объектом и целью исследований, каждый из которых характеризуется разде­лами выполняемых работ и их задачами, видами работ, источниками получения инфор­мации и конечным результатом (табл. 1).

На первом этапе работ создается информа­ционная база, для чего производится сбор и инвентаризация всего существующего фак­тического материала. Работы выполняются по двум направлениям: подготовка топогра­фической основы и сбор и систематизация фондовой, опубликованной, административ­ной и статистической информации.

Для выполнения топографической осно­вы в соответствии с основной целью опреде­ляются масштабы исследований, которые могут включать всю урбанизированную территорию в целом, отдельные админи­стративные или промышленные районы, наиболее проблемные городские участки. Топографическая основа выбранного масш­таба оцифровывается, дополняется админи­стративными границами, представляется в электронном и картографическом вариан­тах, а затем тиражируется в необходимом для дальнейшей работы количестве. Электрон­ный вариант служит основой математичес­кой и дает возможность вывода результатов в картографических моделях с последующим пополнением и уточнением информации, что позволит получать оперативные и достовер­ные данные о состоянии геологической среды.

Параллельно выполняется сбор и инвен­таризация материалов по геологическим, гидрогеологическим, инженерно-геологичес­ким, почвенным и другим природным усло­виям, формирующим экологические функ­ции геологической среды исследуемой тер­ритории. Все картографические материалы выполняются в едином рабочем масштабе. Информационная база дополняется статисти­ческими данными городских управлений здравоохранения, экологии, санитарно-эпи­демиологических станций и др., которые представляются в удобном для дальнейшей работы электронном варианте.

Второй этап комплексной оценки посвя­щен изучению современного состояния эколого-геологической системы территории. В процессе его реализации решаются следую­щие задачи:

  • дается характеристика геологической среды и рассматривается специфика прояв­ления ее экологических функций;
  • определяются уровни трансформации экологических функций геологической сре

Таблица 1

Состав, структура и содержание комплексной оценки эколого-геологического состояния урбанизированных территорий

Объект исследования Экологические функции геологической среды «Ч

о

«Ч

Цель исследования Комплексная оценка эколого-геологического состояния территории. Создание картографической модели эколого-геологической обстановки территории
 
Этап Первый
Раздел Создание информационной базы
Задачи Cуop фактического материала
Подготовка топографической основы   Сбор и систематизация фондовой, опубликованной, административной и статистической информации
Виды работ Определение масштабов исследований: город, ад­министративный район, отдельный участок Исследование геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических, почвенных и других природиЫ’ условий, формирующих экологические функции литосферы
Подготовка рабочей основы к тиражированию Исследование особенностей городских фито- и зооценозов; структуры заболеваемости населения
Источники информации Государственные картографические фонды Фондовые и опубликованные материалы. Геологичес­кие фонды, фонды научно-исследовательских инсти­тутов, высших учебных заведений, производственных организаций и др. Статистические данные городских управлений здравоохранения, экологии, санитарно-­эпидемиологических станций и др.
Конечный результат Рабочая топографическая основа в необходимом количестве Картографический (карты, схемы, разрезы, профили, графики, таблицы) материал в рабочем масштабе, характеризующий экологические функции геологичес­кой среды и изученность отдельных компонентов эколого-геологической системы. Электронно-статистический материал
Этап

Второй

Раздел

Оценка современного состояния эколого-геологической системы территории

Задачи

1. Характерне гика геологической среды и ее экологических функцнй

Виды работ Анализ инженерно-геологических условий   Инженерно-геологическое районирование
Источники информации Морфометрические особенности рельефа.

наличие или отсутствие в разрезе слабопроницаемых отложений, строение, мощность, состав и генезис отложений верхних горизонтов

Геоморфологическая характеристика.

Гидрогеологические условия. Инженерно-геологические процессы

Конечный результат Выбор критериев для районирования Карта инженерно-геологического районирования, типы геологичес­кой среды, характеристика эколо­гических функций

Задачи

2. Определение уровня трансформации экологнческих функции геологической среды

 
Виды работ Функциональное зонирование территории   Типизация техногенных воздействий на геологи­ческую среду   Определение уровней трансфор­мации экологических функций, выделение экологических зон  
Источники информации Сведения по характеру застройки, функцио­нальному назначению, пространственной структуре, интенсив­ности воздействия и длительности освоения Источники, характер и последствия каждого класса и типа воздейст­вий. Карты ареалов тех­ногенных воздействий Характеристика экологических функций. Карта функционального зонирования. Классификация техногенных воздействий. Карты ареалов техногенных воздействий. Данные о проявлениях последствий техногенных воздействий  
Конечный результат Карта функционального зонирования Классификация техногенных воздействий Критерии оценки эколого-геологической обстановки. Частные карты эколого-геологических условий (обстановок)  
   

Задачи

3. Оценка современного состояния геологической среды  
Виды работ Установление факторов устойчивости геологической среды к техногенному воздействию. Типизация геологической среды по степени устойчивости к техногенным воздействиям   Оценка измененности геологической среды  
Источники информации

Карта инженерно-геологического районирования, типы геологической среды. Карта глубин залега­ния грунтовых вод. Степень защищенности грун­товых вод. Средние уклоны поверхности. Типы и водный режим почв. Условия геохимической миграции химических элементов и радионуклидов

Карта функционального зонирования. Частные карты эколого-геологичес­ких условий (обстановок). Карта устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям  

Конечный результат

Карта устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям. Типизация геологической среды по степени устойчивости к техногенным воздействиям

Карта измененности геологической среды под влиянием техногенных воздействий

 
   

Задачи

4. Характеристика экосистем урбанизированной территории

 
Виды работ Оценка современного состояния городских фито- и зооценозов   Оценка современного медико-сани­тарного состояния городского населения  
Источники информации Сведения об истории формиро­вания и развития городских эко­систем. Данные о зеленых насаж­дениях различного типа, струк­туры, генезиса, формы пользо­вания и назначения; ареалах оби­тания, видовом разнообразии, а также демографических и био­химических показателях живот­ных. Карта функционального зонирования. Классификация техногенных воздействий Информация официальной статистики, отража­ющая динамику основных демографических процессов, уровней заболеваемости населения по основным нозологическим формам, динамику, структуру и пространственное распространение общей заболеваемости и отдельных ее видов. Карта функционального зонирования. Критерии оценки эколого-геологической обстановки, обус­ловленной проявлением экологических функций геологической среды. Частные карты эколого-­геологических условий (обстановок)  
Конечный результат Тематические, простран­ственные и динамические критерии трансформации фито- и зооценозов и ответ­ной реакции растительных и животных экосистем на техногенные воздействия Установление взаимосвязи в системе «население — геологическая среда». Определение комплекса факторов геологической среды, состояние которого выражается в повреждающем здоровье населения действии  
Этап

Третий

 
Раздел

Создание картографической модели эколого-геологической обстановки территории

 
Задачи Подготовка и обработка многомер­ного массива данных. Создание картографической модели   Комплексная оценка эколого-геологического состояния  
Виды работ Создание пространственной цифровой модели территории, дискриминантный анализ многомерного массива данных Установление пространственного соотношения, создание легенды, отражающей характеристику классов состояния комплекса эколого-геологических условий  
Источники информации Карта измененности геологичес­кой среды под влиянием техноген­ных воздействий. Административ­ная карта. Комплекс факторов гео­логической среды, состояние кото­рого выражается в повреждающем здоровье населения действии. Пря­мые критерии оценки современного состояния геологической среды и городских экосистем и пространст­венное положение экологических зон, выделенных по частным картам эколого-геологических условий (обстановок) Картографическая модель эколого-геологической обстановки. Тематические, пространственные и динамические критерии трансформации фито- и зооценозов и ответной реакции растительных и животных экосистем на техногенные воздействия. Взаимосвязи в системе «население — геологическая среда», выраженные соответствием пространствен­ного распределения качественных и количественных медико-санитарных показателей и параметров сов­ременного состояния эколого-геологических усло­вий. Повреждающее действие основных загрязните­лей, проявляющееся в характере заболеваемости населения  
Конечный результат Картографическая модель эколого-геологической обстановки Типизация территории по классам состояния комплекса эколого-геологических условий  
                           

 

ды под влиянием техногенных воздействий;

  • оценивается современное состояние геологической среды;
  • дается комплексная характеристика экосистем урбанизированной территории.

Пространственные закономерности свойств геологической среды выявляются при про­ведении инженерно-геологического райониро­вания. При этом выбору критериев райони­рования предшествует анализ инженерно­геологических условий исследуемой террито­рии. Среди общих признаков, определяю­щих инженерно-геологические условия местности, наиболее существенными явля­ются морфометрические особенности релье­фа, наличие или отсутствие в разрезе слабо­проницаемых отложений, строение, мощ­ность, состав и генезис отложений верхних горизонтов земной коры. При инженерно­геологическом районировании в обязатель­ном порядке учитываются геоморфологи­ческая характеристика, гидрогеологичес­кие условия и проявление инженерно-гео­логических процессов. Основным резуль­татом этой части работ является установ­ление типов геологической среды и специ­фики проявления ее экологических функций.

Анализ изменений, происходящих в гео­логической среде, и оценка уровня трансфор­мации ее экологических функций под влия­нием города проводятся на основе функцио­нального зонирования территории и типиза­ции техногенных воздействий на геологи­ческую среду как техногенной составляю­щей эколого-геологической системы. Воздей­ствия на геологическую среду определяются характером, интенсивностью и длительно­стью, о которых можно судить по градостро­ительной информации, располагающей дан­ными о характере застройки, ее функциональ­ном назначении и пространственной струк­туре. Использование точечной и площад­ной информации, характеризующей источ­ники, характер и последствия каждого класса и типа воздействий на компоненты эколого­геологической системы, позволяет разрабо­тать классификацию, объединяющую все возможные виды и разновидности техно­генных воздействий в пределах города.

Полный анализ техногенных воздейст­вий, данные о проявлениях последствий техногенных воздействий, а также норма­тивные акты и документы, отражающие допустимые количественные и качествен­ные показатели состояния компонентов эколого-геологической системы, на этом эта­пе работ позволяют определить критерии оценки эколого-геологической обстановки и выявить уровни трансформации экологи­ческих функций геологической среды. Ос­новной результат выполнения подобных работ — это создание в рабочем масштабе частных карт эколого-геологических усло­вий (обстановок) — эколого-геофизических, эколого-геохимических и др. — с выделением экологических зон (Красовская и др., 2005).

Результатом оценки современного состо­яния геологической среды служит степень ее измененности, которая находится в пря­мой зависимости от устойчивости к техно­генным воздействиям. Выполнение работ начинается с установления факторов устой­чивости геологической среды, для чего в качестве основы рабочего масштаба исполь­зуется схема типизации грунтовых толщ, разработанная в результате инженерно-гео­логического районирования. Степень устой­чивости геологической среды определяется с использованием полуколичественной балль­ной методики при обязательном учете глу­бин залегания и степени защищенности грунтовых вод, средних уклонов поверхно­сти, типов почв и их водного режима, усло­вий геохимической миграции химических элементов и радионуклидов.

Карта измененности геологической сре­ды под влиянием техногенных воздейст­вий выполняется на основе карты устойчи­вости рабочего масштаба. Измененность геологической среды оценивается по уровневой системе с использованием результатов функционального зонирования, данных част­ных карт эколого-геологических обстановок и типов геологической среды по степени ее устойчивости.

Характеристика экосистем исследуемой территории в значительной мере зависит от наличия и качества первичной информации. Очень важно использовать весь комплекс имеющихся данных: как вновь полученных в процессе оценки, так и опубликованных и фондовых материалов не только количест­венного, но и качественного характера. Наи­более ценными для целей эколого-геологических исследований являются полевые эксперименты и статистические данные. В результате анализа всей информации выра­батываются тематические, пространствен­ные и динамические критерии трансформа­ции фито- и зооценозов и ответной реакции растительных и животных экосистем на техногенные воздействия; устанавливается взаимосвязь в системе «население — геоло­гическая среда», выявляются факты повреж­дающего действия основных загрязнителей и определяется комплекс факторов геологи­ческой среды, состояние которого выража­ется в повреждающем здоровье населения действии. Для получения обоснованных выводов на этом этапе работ применяются методы математической статистики.

Завершающий, третий, этап комплексной оценки эколого-геологического состояния урбанизированной территории посвящен непосредственно созданию картографичес­кой модели эколого-геологической обста­новки. Для этого в электронном варианте создается многомерный массив данных, включающий все прямые критерии оценки современного состояния геологической сре­ды и городских экосистем, а также прост­ранственное положение экологических зон, выделенных по частным картам эколого­геологических условий (обстановок).

Затем путем дискриминантного анализа определяют границы разделения многомерной совокупности, качественно и количественно учитывая наиболее значимые факторы и пути их воздействия на условия существования фито- и зооценозов, проживания городского населения. Нанесение полученных резуль­татов на карту измененности геологичес­кой среды, используемую в качестве геоло­гической основы, с учетом административных границ в пределах города — заключительные стадии создания математико-картографичес­кой модели, преимуществом которой явля­ется возможность внесения изменений и до­полнений в исходную информацию, а также непосредственной корректировки модели с отражением результата на дисплее.

Окончательные результаты комплексной оценки оформляются в виде легенды к кар­те эколого-геологического состояния урба­низированной территории. Легенда содер­жит подробную характеристику классов эколого-геологического состояния, которая позволяет качественно и количественно отра­зить наиболее значимые из воздействую­щих факторы, а также пути их воздействия на условия функционирования фито- и зооце­нозов и проживания городского населения.

Таким образом, под комплексной оцен­кой эколого-геологического состояния мы понимаем процесс составления на топогра­фической основе постоянно действующей картографической модели, позволяющей оценить современное состояние экологи­ческих функций литосферы, а также экоси­стемы в целом или ее отдельных биоти­ческих составляющих с пространственным выделением классов состояния эколого-геологических условий и экологических зон.

Предлагаемая методика оценки эколого­геологического состояния территорий реа­лизована нами на примере г. Гомеля.

Эколого-геологическое состояние территории г. Гомеля

Начальный этап работ по оценке эколого-­геологического состояния территории Гоме­ля осуществлялся нами на базе прикладно­го пакета программ SURFER. Для создания математико-картографической модели тер­ритория города была разбита на блоки (46х 56) и дополнена основой административно­го характера — границы города, админист­ративных районов, территориально-меди­цинских объединений, участков, обслужи­ваемых поликлиниками. Статистическая обработка материалов производилась в про­граммном продукте STATISTICA.

  1. Состояние геологической среды в пре­делах административных границ Гомеля оценивалось путем типологического инже­нерно-геологического районирования, в ре­зультате которого была дана характеристика геологической среды и рассмотрена специ­фика проявления ее экологических функций (Галкин и др., 20 042).

В пределах территории Гомеля активное проявление имеет ресурсная экологичес­кая функция геологической среды, что вле­чет за собой ее активное использование, вы­раженное в длительном градостроительном освоении, усложнении инженерных сетей, изменении ландшафтов.

Территория Гомеля обладает значитель­ными ресурсами пресных подземных вод. В естественных условиях в зоне активного водообмена (главным образом четвертич­ный и палеогеновый водоносные комплек­сы) формируются воды преимущественно гидрокарбонатного состава, используемые в целях водоснабжения города.

Кроме того, геологическое пространство на исследуемой территории используют для расширения площадей зеленых насажде­ний различного функционального назначе­ния и рекреационных зон.

Для территории Гомеля характерен рав­нинный, в целом слаборасчлененный акку­мулятивный или в меньшей степени денуда­ционный рельеф, наличие хорошо разрабо­танной широкой речной долины р. Сож. Абсолютные отметки современного рельефа колеблются от 116-130 до 138-142 м, иног­да выше. Около 40 % территории (в основ­ном в долине р. Сож) имеет абсолютные отметки менее 125 м. Наиболее высокие абсолютные отметки рельефа (более 142 м) свойственны моренным равнинам.

Особенности рельефа изучаемой терри­тории, а также литологический состав по­верхностных отложений способствуют про­явлению геодинамической функции лито­сферы, которое заключается в развитии разнообразных, но в то же время специфи­ческих современных геологических процес­сов и явлений. Одни из них имеют чрезвы­чайно широкое площадное распространение (заболоченность, подтопление территории, сезонное промерзание и протаивание грун­тов и др.), другие приурочены к участкам различных по возрасту и генезису равнин, прилегающих непосредственно к руслу р. Сож (интенсивное развитие боковой и овражной эрозии, крип и другие склоновые процессы).

Широкое развитие четвертичных пород различного генезиса, представленных в ос­новном песчаными и глинистыми разностя­ми с фрагментами покровных лессовидных и торфяных образований, способствует раз­витию в пределах города дерново-подзоли­стых, дерново-подзолистых супесчано-суг­линистых, в разной степени оподзоленных, торфяно-болотных, аллювиальных и др. ти­пов почв, что определяет специфику прояв­ления геохимической экологической функ­ции литосферы.

Наличие в геологическом строении аллю­виальных заиленных супесчано-суглинистых грунтов, приуроченных к пойменным пони­жениям, формирует на территории Гомеля незначительно повышенные естественные значения у-фона (до 0,1 Ku/км2), а залега­ние с поверхности моренных супесей и суг­линков приводит к незначительному повыше­нию на локальных участках плотности по­тока естественного а-излучения (до 3­5 мин/см2-мин), что в целом отражает спе­цифику проявления геофизической эколо­гической функции геологической среды.

  1. Пространственные свойства геологи­ческой среды территории г. Гомеля, выяв­ленные в результате инженерно-геологичес­кого районирования и отражающие специ­фику проявления ее экологических функ­ций, и разработанная классификация, объе­диняющая все возможные виды воздействия на эколого-геологическую систему города, позволили провести анализ изменений, происходящих в геологической среде и оценить уровень трансформации ее эколо­гических функций под влиянием комплекса техногенных воздействий (Красовская и др., 2005). Поскольку установлено, что наи­большую трансформацию в пределах терри­тории г. Гомеля испытывают геофизичес­кая и геохимическая экологические функ­ции литосферы, то комплексная оценка эколого-геологической обстановки проводи­лась нами с учетом критериев, приведенных в таблице 2.
  2. Оценка современного состояния гео­логической среды дана нами в виде типиза­ции территорий по измененности геологи­ческой среды, которая выполнена в прямой зависимости от степени ее устойчивости к техногенным воздействиям (Галкин и др., 2004j). При этом в качестве основы исполь­зовалась разработанная схема типизации грунтовых толщ (Галкин и др., 20 042). Ра­боты по оценке выполнялись в следующей последовательности:
  • установлены факторы устойчивости геологической среды территории г. Гомеля к техногенному загрязнению;
  • составлена карта устойчивости геоло­гической среды к техногенным воздействи­ям, отражающая наличие, состояние и про­странственную локализацию различных экологических проблем;
  • проведена типизация геологической среды по степени устойчивости к техноген­ным воздействиям;
  • выделены пространственные границы слабо-, средне- и сильноизмененных (нару­шенных) участков геологической среды.
Таблица 2. Критерии оценки эколого-геологической обстановки, обусловленной проявлением геофизической и геохимической экологических функций на территории г. Гомеля
Таблица 2. Критерии оценки эколого-геологической обстановки, обусловленной проявлением геофизической и геохимической экологических функций на территории г. Гомеля

Примечания. 1 Территории с чрезвычайно опасным уровнем трансформации экологических функций литосферы, которые могут быть выделены в зоны бедствия, в пределах г. Гомеля нами не выделены. 2 По данным БелНИЦ «Экология» (1994). 3 Для территории Беларуси не опреде­лено; принято нами как значение для подзолистых почв европейской части СССР (Геохимичес­кое …, 1984). 4 Принято для дерново-подзолистых почв (Природная …, 2002). 5 Для бассейна р. Днепр (Геохимическое …, 1984). 6 По данным (Природная …, 2002). 7 По данным (Трофимов, Зилинг, 2002).

Оценка техногенной измененности гео­логической среды позволила охарактеризо­вать следующие категории земель.

Неизмененных или ненарушенных зе­мель на территории городской агломера­ции нет. Слабоизмененные (слабонарушенные) участки характеризуются наследова­нием состава, структуры и специфики про­явления экологических функций геологичес­кой среды, близких к ее естественному состо­янию. Зона техногенных воздействий по сравнению с другими районами города здесь маломощна и прерывиста. Площадь распро­странения этих участков незначительна, они выделены лишь на отдельных террито­риях. Для них характерна низкая и частич­но средняя степень устойчивости геологи­ческой среды, способствующая возникнове­нию как поверхностного, так и подземного загрязнения. Несмотря на это, положение участков преимущественно в рекреацион­ной зоне, приуроченной к пойме р. Сож, а также на окраине города вблизи лесных массивов позволяет оставаться им слабоизмененными. Это — незастроенные террито­рии, используемые в основном в качестве зоны отдыха и лишь частично под застрой­ку усадебного типа.

К слабоизмененным территориям приуро­чено распространение преимущественно естественных геологических процессов. Наибольшей трансформации здесь подвер­жены геофизическая и геохимическая функ­ции геологической среды, характеризую­щиеся умеренно опасным и низким уровнем техногенного воздействия, соответственно. Территории подвержены радиационному загрязнению, шумовым воздействиям, в незначительной степени проявляется хими­ческое загрязнение грунтов зоны аэрации. В южной части в паводковый период суще­ствует некоторая опасность возникновения биологического загрязнения.

Среднеизмененные условия в пределах города характеризуются площадным рас­пространением. Характер преобразования геологической среды в значительной степе­ни зависит от вида хозяйственного освоения территорий. При этом если слабонарушенные участки, как правило, не меняют своей устой­чивости, то средние нарушения иногда сопровождаются ее снижением.

Средние изменения геологической среды преобладают в западных, северо-западных и на небольшой территории в северном райо­нах города, расположенных в пределах водно­ледниковой и моренно-зандровой равнин. Территория имеет как большое промыш­ленное, так и селитебное назначение. В ее пределах расположены крупные транспорт­ные магистрали, участки железных дорог, зоны специального использования (больни­цы, скверы и пр.), а также коммунально-­складская зона. Вследствие этого рельеф здесь в значительной мере спланирован, а большие площади поверхности покрыты асфальтом. Незастроенными остаются лишь отдельные участки.

Среднеизмененные земли имеют в основ­ном среднюю и низкую степень устойчивости, что приводит к возникновению умеренно опасных, часто опасных уровней радиацион­ного и химического загрязнения грунтов зоны аэрации, поверхностных и подземных вод. В западной части этой зоны наряду с промышленными предприятиями располо­жены кварталы индивидуальной застройки с приусадебными участками, поэтому здесь существует опасность возникновения био­логического загрязнения.

Другая часть, подверженная средним изменениям, приурочена к современной пойме р. Сож и ее надпойменным терра­сам, располагаясь преимущественно в рек­реационной зоне. Выделяются лишь отдель­ные жилые массивы и территории специаль­ного назначения (больницы, парк, скверы и пр.). В южной части города к категории среднеизмененных относится жилой массив с включениями промышленных предприя­тий и большим транспортным узлом.

Низкая устойчивость геологической сре­ды в этой части города приводит к значитель­ной трансформации ее экологических функ­ций. Здесь зафиксированы значительные по площади участки шумового воздействия, радиационного и химического загрязнения, достигающие умеренно опасного и опасного уровней. Загрязненными оказываются по­верхностные и подземные воды, почвы и другие грунты зоны аэрации. На отдель­ных территориях в паводковый период возможно возникновение биологического загрязнения.

В наибольшей степени изменениям под­вержена центральная часть города, приуро­ченная к моренно-зандровой равнине, и участки с развитием техногенных грунтов в северной и южной частях поймы р. Сож. Это исторический центр города с асфальти­рованными улицами и большая часть его промышленной зоны с мощной разветвлен­ной транспортной сетью, крупными промыш­ленными предприятиями и жилыми масси­вами с централизованной системой водоснаб­жения. К северной части территории, вы­деляемой как сильнонарушенная, приуро­чены участки наиболее измененного в пре­делах города рельефа.

Средняя и частично высокая степень устойчивости геологической среды ограни­чивает проникновение химического и радиа­ционного загрязнения в подземные воды. Здесь зафиксированы мощные аномалии химического загрязнения грунтов зоны аэ­рации, загрязнены также поверхностные воды. К озерно-болотным понижениям при­урочены умеренно опасные и опасные уровни радиационного загрязнения. Максималь­ных уровней в центральной части достига­ет шумовое воздействие. Происходит кон­солидация намывных грунтов и подсти­лающих их сильносжимаемых пород.

Таким образом, установлено, что слабоизмененными в пределах города остаются лишь незначительные пойменные участки, а основная часть геологической среды испытывает существенные изменения. Ин­женерно-хозяйственная деятельность приво­дит к значительной трансформации и сни­жению качества экологических функций гео­логической среды, способствуя тем самым возникновению физического и химического загрязнения грунтов и подземных вод.

  1. На основании значительного коли­чества информации, в том числе и стати­стической, дана комплексная характеристи­ка экосистем территории г. Гомеля (Красовская, 2005).

Общая площадь зеленых насаждений в городе и его окрестностях составляет более 2000 га. Это парки, скверы, линейные по­садки вдоль улиц, приусадебные участки, лесопарки, озера, пойменные и суходольные луга и др. Установлено, что на естествен­ный ход развития растительного покрова и его окрестностей наряду с природно-эколо­гическими факторами, вызывающими при­родные изменения, существенное влияние оказывают техногенные (антропогенные) воздействия, вызывающие трансформацию экологических функций геологической сре­ды. Основными из них являются факторы, приводящие к изменению состояния ресурс­ной и геодинамической экологических функ­ций геологической среды: освоение земель­ных угодий под строительство различного рода инженерных сооружений и проявле­ние неблагоприятных инженерно-геологи­ческих процессов. Эти факторы вызывают локальные изменения структуры естествен­ных фитоценозов (продуктивности и видового состава), обратимую и необратимую смены фитоценозов, а также региональную дина­мику растительности и состава флоры.

В зависимости от специфики проявле­ния современного состояния геофизической и геохимической экологических функций геологической среды находятся многие фи­зиологические процессы растений: в резуль­тате накопления токсических концентра­ций соединений свинца, серы, хлора, окси­дов азота разрушаются пигменты пластид, снижается фотосинтетическая активность, нарушается общий метаболизм и, как след­ствие, уменьшается прирост, появляются признаки угнетения (Природная …, 2002).

Техногенное воздействие города привело к коренному изменению растительного по­крова: изменилась его доминантно-эдификаторная основа, структура и физиономичность; существенные изменения претерпел видовой состав флоры, отдельных фитоцено­зов и флоротопологических комплексов. В результате техногенной деятельности чело­века появились совершенно новые (искусст­венные) экотопы с искусственными грунтами, избыточным засолением, своеобразными геохимическим и гидрологическим режима­ми. При этом установлено формирование качественно новой урбанизированной при­родно-техногенной среды, отличающейся специфическими экологическими условия­ми, способствующими образованию в городе синантропных комплексов и ассоциаций растений, не имеющих аналогов в природе.

Городские зооценозы под влиянием ант­ропогенной деятельности претерпевают зна­чительную трансформацию, выражающу­юся в разрушении мест обитания, снижении биологического разнообразия, изменении динамики популяций выживших видов, пато­логических и адаптивных физиолого-биохимических реакциях отдельных организмов.

Влияние промышленного загрязнения вызывает значительные изменения и мор­фофизиологических показателей у обитате­лей лесопарковой зоны города. Накопление тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Cr, Pb, Cd) происходит в большинстве органов и тка­ней, но наибольший уровень биоаккумуля­ции наблюдается в почках, печени и коже. Наиболее интенсивно накапливаются кад­мий и свинец (Лукашев, Вадковская, 1989), особенно в районах зон, выделяемых нами в качестве кризисных по валовому содержа­нию этих элементов в почвах и грунтах зоны аэрации. Прослеживается снижение устой­чивости организмов в условиях действия стрессовых факторов и невозможность пол­ной адаптации к ним.

Для рассмотрения состояния здоровья населения г. Гомеля в качестве интеграль­ного показателя, отражающего состояние окружающей, в том числе и геологической, среды территории, проведены комплексные исследования, включающие:

  • изучение динамики основных демогра­фических процессов;
  • сравнительный анализ уровня заболе­ваемости городского населения, населения района и области в целом по основным нозо­логическим формам;
  • изучение динамики общей заболеваемости;
  • изучение структуры заболеваемости и отдельных ее видов;
  • установление закономерности прост­ранственной распространенности заболева­емости.

Исследования проведены с использовани­ем статистических данных управления здра­воохранения г. Гомеля за период с 1993 по г., включающих число обращений граж­дан в различные медицинские учреждения города по 18 основным нозологическим формам, в их числе всем соответствующим заболеваниям (Красовская, 2006).

Картографическая интерпретация рас­пространенности заболеваемости взрослого населения свидетельствует о пространствен­ном соотношении частоты общей заболевае­мости по участкам, обслуживаемым различ­ными медицинскими учреждениями, и тер­риторий различного функционального ис­пользования: наиболее часто за врачебной помощью обращаются жители экологичес­ки неблагополучных районов города, имею­щих промышленное назначение, где распо­ложено большинство промышленных пред­приятий и теплоэнергетических объектов. При установлении экологических зон в соответствии с разработанными критерия­ми оценки эколого-геологической обстановки территории г. Гомеля (см. табл. 2) для жи­лых районов в пределах каждого из участ­ков, обслуживаемых различными медицин­скими учреждениями, выполнено качест­венное сравнение распределения уровней заболеваемости населения с показателями современного экологического состояния геологической среды, которое также пока­зало их пространственное соответствие.

В исследуемом объеме числа обращений граждан существует значимая совокупная взаимосвязь между основными нозологичес­кими формами заболеваний и прямыми критериями состояния геологической сре­ды, на основании которых выделяются соот­ветствующие экологические зоны по содер­жанию в почвах и грунтах зоны аэрации цезия (коэффициенты множественной кор­реляции составляют от 0,40 до 0,67 в раз­личных нозологических группах) и кадмия (от 0,47 до 0,66). Аналогичные результаты получены при выделении соответствующих зон по содержанию хрома (0,42-0,54). Несмот­ря на это, наличие достаточно сильной мно­жественной линейной связи между рассмат­риваемыми величинами не дает достаточного основания для принятия уравнения мно­жественной регрессии в качестве матема­тической модели, описывающей причинно­следственные связи в изучаемой эколого­геологической системе, качество которой определяется состоянием многих абиотических сред, в том числе и социально-эко­номическими факторами.

Общий характер повреждающего дейст­вия отдельных факторов геологической сре­ды в общей численности заболеваний позво­лил проследить факторный анализ. Так, например, уровень содержания в почвах и грунтах зоны аэрации цезия-137 проявля­ется в увеличении количества обращений (по уменьшению значимости) по болезням органов дыхания, нервной системы, болез­ням системы кровообращения, щитовидной железы и эндокринной системы, а свинца — в новообразованиях, болезнях органов пи­щеварения и системы кровообращения.

В каждой из экологических зон установ­лен наиболее выраженный характер дейст­вия комплекса факторов геологической сре­ды, который проявляется в различных груп­пах заболеваний. Если в зоне нормы — это характерные болезни системы кровообра­щения, а в зоне риска — это психические расстройства и близкие состояния, то в зоне кризиса — это две наиболее характерные группы, болезни органов дыхания и новооб­разования.

Статистическое изучение множествен­ной корреляции числа обращений город­ского населения, проживающего в зоне кри­зиса, выделяемой по каждому установлен­ному фактору геологической среды, показа­ло, что обращения по отдельным нозологи­ческим формам наблюдаются значительно чаще при сочетании нескольких из воз­действующих факторов. Величина значи­мых коэффициентов множественной корре­ляции составила от 0,65 до 0,94. Например, новообразования проявляются значительно чаще при сочетании повышенных концент­раций в почвах и грунтах свинца и ртути (0,78), ртути и нефтепродуктов (0,65).

Все это позволяет сделать вывод о том, что для каждой отдельной эколого-геологической обстановки определяющими явля­ются не отдельные компоненты геологичес­кой среды, а их комплекс, состояние кото­рого и выражается в повреждающем здо­ровье населения действии.

Таким образом, выявленные факты взаимо­связи в бинарной системе «население — гео­логическая среда», выраженные соответст­вием пространственного распределения ка­чественных и количественных медико-сани­тарных показателей и параметров совре­менного состояния эколого-геологических усло­вий, позволяют рассматривать здоровье насе­ления в качестве интегрального показате­ля, отражающего состояние геологической среды территории. Установленное повреждаю­щее действие основных загрязнителей, кото­рое проявляется в характере заболеваемости населения, использовано в качестве факто­логической основы для получения основного результата комплексной оценки эколого-геологического состояния исследуемой урба­низированной территории — создания карто­графической модели эколого-геологической обстановки на основе анализа легкодоступ­ной информации официальной статистики.

  1. Результатом комплексной оценки эколого-геологического состояния служит кар­тографическая модель, выполненная на осно­ве карты измененности геологической среды, с учетом административных границ, взаимно учитывающая наиболее значимые из воз­действующих факторов геологической среды и показатели заболеваемости населения по основным нозологическим формам.

Установление классов состояния эколого-геологических условий геологической среды произодилось нами путем дискрими­нантного анализа при определении границ разделения многомерной совокупности, ко­торый качественно и количественно учиты­вает наиболее значимые факторы и пути их воздействия на условия проживания го­родского населения.

Статистической обработке предшество­вала подготовка специального многомерного массива данных (Красовская, 2006). Для этого была использована информация о прост­ранственном положении экологических зон (нормы, риска, кризиса) в пределах жилой зоны каждого из участков, обслуживаемых различными медицинскими учреждениями. При этом учитывалось выделение зон по каж­дому из действующих техногенных факто­ров, в наибольшей степени трансформиру­ющих экологические функции геологической среды:

  • содержание цезия-137 в почвах и грун­тах зоны аэрации;
  • суммарное радиационное воздействие;
  • акустическое воздействие;
  • содержание в почвах и грунтах зоны аэрации подвижной формы цинка, меди, хрома, водорастворимой формы фтора;
  • валовое содержание свинца, ртути, кад­мия;
  • содержание нефтепродуктов.

Затем было определено число обращений граждан за медицинской помощью по всем нозологическим формам, соответствующее каждой экологической зоне, выделенной по каждому в отдельности фактору. Подготов­ленная информация заносилась в многомер­ный массив (табл. 3), который затем под­вергся дискриминантному анализу.

Таблица 3. Фрагмент многомерного массива данных для проведения дискриминантного анализа и определения границ классов эколого-геологического состояния
Таблица 3. Фрагмент многомерного массива данных для проведения дискриминантного анализа и определения границ классов эколого-геологического состояния

Преимуществом использования этого вида анализа является тот факт, что число групп, в данном случае три, в соответствии с принципами ранжирования (Трофимов, Зилинг, 2002), задается заранее и зависит от априорных сведений о соотношении между данными. Линейные дискриминантные функ­ции преобразуют множество показателей, входящих в массив, в дискриминантные зависимости, которыми определяется грани­ца разделения совокупностей, таким образом что первая функция проводит наилучшую дискриминацию между всеми группами, вторая функция является второй наилучшей и т. д. Более того, эти функции независимы или ортогональны, то есть их вклады в разде­ление совокупности не перекрываются.

Коэффициенты дискриминантной функ­ции отражают частный вклад каждой пере­менной (каждого фактора) в отдельную дискриминантную функцию. Для интер­претации были использованы только те из них, которые признаны статистически зна­чимыми. Таким образом, дискриминант­ный анализ позволил не только надежно решить задачу классификации, но и опреде­лить информативность используемых для классификации признаков и выбрать из первоначального набора признаков опти­мальную комбинацию, т. е. подобрать опти­мальный комплекс из всех воздействую­щих факторов геологической среды.

Установлено, что наибольшее влияние на дискриминантную функцию 1 (ДФ1) оказы­вают: суммарное радиационное воздейст­вие и содержание в почвах и грунтах зоны аэрации кадмия, на ДФ2 — содержание в почвах и грунтах зоны аэрации ртути и кадмия. Значимые весовые коэффициенты для первых двух дискриминантных функ­ций приведены в таблице 4. Ошибка класси­фикации при выполнении расчетов не пре­вышала 0,1 %.

Таблица 4

Весовые коэффициенты для первых двух функций дискриминантного анализа

1 1 Факторы 1 ДФ1 ДФ2
X, Кадмий 1,38834 0,425489
хг Ртуть -2,98587 1,009336
Хз Цинк -0,34245 -0,797435
Х4 Суммарное радиационное воздействие 2,19890 -0,471011
  Постоянный коэффициент 0,78494 0,639787

 

Рисунок 1. Диаграмма рассеяния, отражаю­щая границы разделения многомерной сово­купности для определения классов эколого­геологического состояния. Классы эколого­геологического состояния: 1 — удовлетвори­тельный, 2 — условно удовлетворительный, 3 — неудовлетворительный. ДФ1 = 0,78494 +1,38834X1-2,98587X2-0,34245X3+2,1989X4. ДФ2 = 0,63978 7+0,42 5489X1+1,009336X20,797435X3-0,471011X4. 1 2

Применение дискриминантного анализа позволило провести разбиение многомерного массива на три группы по значениям дис­криминантных функций, т. е. отнести территории с установленными показателями в определенный класс эколого-геологического состояния: удовлетворительного, условно удовлетворительного и неудовлетворитель­ного (рис. 1). Так, участки, попадающие по диаграмме рассеяния в первые две коорди­натные четверти, уверенно могут быть отне­сены к неудовлетворительному состоянию, в III координатную четверть — к условно удовлетворительному, а в IV — к удовлетво­рительному классу состояния.

Выявление наиболее значимых факторов и дискриминантных функций позволило по установленным в соответствии с прямыми критериями экологическим зонам с учетом фактических классов опасности определить классы эколого-геологического состояния для каждого блока математико-картографичес­кой модели, т. е. решить «обратную» задачу. Для приведения прямых критериев в соот­ветствие показатели зоны принимались на­ми в качестве условных единиц: нормы — 1, риска — 2, кризиса — 3, что значительно облегчило расчетные операции.

Классы состояния геологической среды отображены на карте эколого-геологического состояния цветовой фоновой закрас­кой по принципу светофора или штрихов­кой (рис. 2). Характеристика классов со­стояния, соответствующих им экологичес­ких зон, а также состояния городских фи­тоценозов и заболеваемости населения при­ведена в легенде к карте (табл. 5). Взаимо­связанное пространственно-временное со­четание состояния экологических функций геологической среды и биотического компо­нента в целом качественно и количествен­но отражает наиболее значимые факторы геологической среды и пути их воздействия на условия проживания городского населения.

Таблица 5. Фрагмент легенды к карте эколого-геологического состояния территории г. Гомеля
Таблица 5. Фрагмент легенды к карте эколого-геологического состояния территории г. Гомеля
Карта эколого-геологического состояния территории г. Гомеля.
Рисунок 2. Карта эколого-геологического состояния территории г. Гомеля. Классы эколого-геологического состояния: удовле­творительного на территориях: 1 — слабоизмененных, 2 — среднеизмененных, 3 — сильноизмененных; условно удовлетворительного на территориях: 4 — среднеизмененных, 5 — сильноизмененных: неудовлетворительного на тер­риториях: 6 — среднеизмененных, 7 — сильноизмененных.

Анализ карты эколого-геологического состояния территории Гомеля свидетельст­вует о том, что в его пределах в зависимости от степени измененности можно выделить три класса состояния геологической среды:

  • удовлетворительное на слабоизмененных, среднеизмененных и сильноизмененных территориях;
  • условно удовлетворительное на средне- и сильноизмененных территориях;
  • неудовлетворительное на средне- и сильноизмененных территориях.

В целом выделенные классы состояния существенно отличаются между собой совре­менным состоянием геологической среды, уровнем трансформации ее экологических функций и выраженным повреждающим действием городских экосистем, в том числе населения.

Таким образом, предложенная методика построения карты эколого-геологического состояния урбанизированной территории основана на комплексной оценке современ­ного состояния экологических функций геологической среды и биотического компо­нента в целом и заключается в последова­тельном наборе и минимизации числа признаков и определении границ разделе­ния многомерных совокупностей путем дискриминантного анализа.

Выводы

Комплексная оценка эколого-геологического состояния — это процесс составления на топографической основе постоянно дейст­вующей картографической модели, позволяю­щей оценить современное состояние эколо­гических функций литосферы, а также эко­системы в целом или ее отдельных биоти­ческих составляющих с пространственным выделением классов состояния эколого-геологических условий и экологических зон.

Использованный нами подход к составу, структуре и содержанию комплексной эколого-геологической оценки урбанизирован­ной территории дает возможность исполь­зовать состояние экосистем, в частности здоровья населения, в качестве интеграль­ного показателя, отражающего состояние геологической среды. При этом медико-са­нитарные показатели рассматриваются в качестве внутренних факторов; учитыва­ются динамика и структура общей заболе­ваемости, изменение отдельных видов забо­леваемости, а также распространенность заболеваемости в пределах урбанизирован­ной территории.

Предлагаемая методика построения кар­ты эколого-геологического состояния урба­низированной территории позволяет отра­зить в качественной и количественной фор­ме наиболее значимые факторы геологичес­кой среды и пути их воздействия на усло­вия проживания городского населения. При этом статистически обоснованно реали­зуется возможность рассмотрения здоровья населения в качестве интегрального показа­теля состояния геологической среды.

Список литературы

Галкин А.Н., Красовская И.А., Аношко Я.И., Жогло В.Г. Оценка устойчивости геологичес­кой среды Гомеля к техногенному загрязнению // Літасфера. 20041. № 1 (20). — С. 100-109.

Галкин А.Н., Трацевская Е.Ю., Красовская И.А., Павловский А.И. Инженерно-геологи­ческое районирование территории г. Гомеля // Літасфера. 20042. № 2 (21). — С. 5-12.

Геохимическое изучение ландшафтов Белоруссии / Под ред. К.И. Лукашева. Мн., 1984.

Красовская И.А. Трансформация биоценозов в условиях урбанизации (на примере г. Гомеля) // Веснік Віцебскага дзяржаўнага універсітэта. 2005. № 2 (36). — С. 130-135.

Красовская И.А. Опыт проведения комплексной оценки эколого-геологического состояния урба­низированной территории // Сергеевские чтения: Матер. годичной сессии Научного совета РАН. М., 2006. Вып. 8. — С. 30-34.

Красовская И.А. Здоровье населения города, как интегральный показатель состояния техногенно измененной природной среды (на примере г. Гомеля) // Экологическая антропология / Гл. ред. А.Е. Океанов. Мн., 2006. — С. 47-51.

Красовская И.А., Галкин А.Н., Верутин М.Г., Коваленко С.В. Особенности техногенных воздействий на эколого-геологическую систему г. Гомеля // Літасфера. 2005. № 2 (23). — С. 91-101.

Лукашев К.И., Вадковская И.К. Эколого-геохимическое изучение биосферы в научных и прикладных аспектах. Мн., 1989. — 173 с.

Природная среда Беларуси / Под ред. В.Ф. Логинова. Мн., 2002.

Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М., 2002.

Авторы: И.А. Красовская, А.Н. Галкин
Источник: Лiтасфера №2 (27) 2007 г. Ст. 122-137.

Estimation of the ecological and geological conditions in urban territories exemplified by the town of Gomel

Authors: I.A. Krasovskaya, A.N. Galkin

The paper describes a new approach to the formulation, composition and contents of techniques used to estimate the ecological and geological conditions in urban territories. The comprehensive estimation of the ecological and geological conditions (EGC) in urban territories, in the authors’ opinion, suggests generation of a permanent topographically — based cartographic model which is developed to assess the recent ecological function of the lithosphere, as well as of an ecosystem as a whole, or its separate biotic components accompanied by the spatial differentiation of classes of ecological and geological conditions and zones of an ecosystem. Three stages of the comprehensive estimation are distinguished, each of them characterized by an object and a purpose of investigation, corresponding sections of works to be performed and problems to be solved, kinds of works, information sources and a final result.

The final third stage of the comprehensive estimation of ecological and geological conditions of an urban territory is devoted immediately to the creation of a cartographic model. The authors present the techniques of map construction based on an assessment of the recent ecological function of the lithosphere and a biotic component as a whole. The considered approach permits a qualitative and quantitative assessment of the most important factors and ways of their influence on the conditions necessary for the existence of phytoand zoocoenoses and life of urban population. Simultaneously, a possibility to examine the health of population is statistically justified and realized as an integrated parameter of the geological environment conditions.

The paper presents the basic results of using the proposed techniques under conditions of the territory of Gomel, where the upper lithosphere horizons as an abiotic component of the ecological and geological system were an investigation object and functional relationships in the system «human-impacted lithosphere — biota» — an investigation subject. The basic results of the comprehensive estimation are presented as a map legend describing ecological and geological conditions and involving the detailed characteristic of classes of the territory EGS. The distinguished classes differ essentially in the recent conditions of the geological environment, a level of transformation of its ecological functions and the pronounced damaging action upon the town ecosystems, including the population.