Введение к работе
Актуальность темы. В динамично изменяющейся природно-техногенной системе (ПТС), где на первый план выходят геоэкологические проблемы, очень важно оперативно и достоверно отслеживать динамику окружающей среды в целях комплексной оценки и анализа тенденций развития эколого-географической ситуации.
Объект уничтожения химического оружия (УХО) относится к высоко опасным промышленным техногенным объектам, и геоэкологическая оценка динамики структуры и состояния антропогенно измененного природного комплекса в районе его строительства и эксплуатации является важным звеном экологического мониторинга окружающей среды, основой своевременного принятия природоохранных управленческих решений. Работа выполнена на примере действующего объекта УХО «Марадыковский» в Кировской области, одной из особенностей которого является то, что параллельно с уничтожением отравляющих веществ (ОВ) ведется поэтапное строительство новых цехов и линий детоксикапии ОВ. В процессе функционирования природно-техногенной системы в районе развития объекта УХО «Марадыковский» преобладающее значение имеет техногенная подсистема, представленная поэтапно строящимися и эксплуатируемыми комплексами сооружений промышленного назначения, объединенными производственно-технологическими процессами и производственной инфраструктурой, и оказывающая значительное воздействие на природную подсистему в результате строительных работ и производственного процесса.
Поэтому актуальны исследования, направленные на геоэкологическую оценку динамики структуры и состояния ПТС района строительства и функционирования объекта УХО, включая картирование ареалов химического загрязнения и выявление тенденций распространения загрязняющих веществ (ЗВ) в природном комплексе, пространственную дифференциацию территории по устойчивости к техногенному воздействию, анализ и прогноз влияния эксплуатационных и инженерно-строительных работ на техногенное изменение природно-ландшафтного комплекса, а также оптимизацию информационного сопровождения как необходимого звена между результатами оценки изменения геоэкологической ситуации в районе строительства и эксплуатации объекта УХО и своевременным принятием решений, направленных на охрану и оздоровление природного комплекса.
Цель работы. Целью данного исследования является геоэкологическая оценка динамики структуры и состояния природно-техногенной системы для прогнозирования развития экологической ситуации в районе строительства и производственной деятельности объекта уничтожения химического оружия.
Реализация поставленной цели осуществлялась путем решения следующих задач:
Геоэкологическая характеристика природно-техногенной системы района строительства и функционирования объекта УХО «Марадыковский».
Анализ динамики строительства и эксплуатации объекта УХО «Марадыковский».
Выявление ареалов химического загрязнения природного комплекса в районе расположения действующего объекта УХО «Марадыковский» с использованием
картографического метода и ранжирование лесной территории по степени устойчивости к техногенному воздействию.
Геоэкологическая оценка и прогноз влияния строительства и функционирования объекта УХО «Марадыковский» на изменение структуры и состояния природно-техногенной системы.
Оптимизация системы информационного сопровождения государственного экологического контроля и мониторинга для проведения комплексного анализа техногенного влияния производственной деятельности и процесса строительства объекта УХО на природную среду путем применения современных методов и технических средств оценки состояния ландшафтного комплекса, разработки и внедрения новых программных продуктов и баз данных, совершенствования подходов в информационной работе.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является природно-техногенная система территории санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и зоны защитных мероприятий (ЗЗМ) комплекса объектов хранения и уничтожения химического оружия (КОХУХО) «Марадыковский». Предмет исследования - геоэкологическая оценка динамики структуры и состояния природно-техногенной системы территории СЗЗ и ЗЗМ КОХУХО «Марадыковский» при строительстве и функционировании объекта УХО.
Методы исследования. За основу методологии принят системный подход, ориентированный на комплексную оценку объектов исследования. В работе использованы методы: сравнительно-географический, картографический, геоинформационный, дешифрирования материалов космических съемок, программирования, балльных и экспертных оценок. Полученные данные обработаны с использованием математических методов, методов теоретического обобщения, систематизации данных и сравнительного анализа. В качестве программного обеспечения использовались пакеты программ Golden Software Surfer 8, Erdas Imagine 8.4, Maplnfo Professional 7.5, Borland Delphi 7 и Microsoft SQL Server 2000.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением традиционных методов исследования в процессе анализа и обобщения исходных данных о структуре и состоянии ПТС, выявления тенденций изменения геоэкологической ситуации в условиях техногенного воздействия, единством подходов к сбору, обработке, анализу и отображению данных, а также использованием представительных результатов экологических исследований.
Научная новизна диссертационного исследования:
Впервые для объекта УХО «Марадыковский» произведен расчет и сравнение индексов опасности загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух, при одновременном и поэтапном уничтожении различных ОВ.
Методами картографической оценки установлено накопление и миграция ЗВ в природном комплексе, определены ареалы и увеличение химического загрязнения природных компонентов в районе расположения объекта «Марадыковский». Впервые проведено ранжирование лесного покрова СЗЗ объекта УХО «Марадыковский» по
степени устойчивости к атмосферному загрязнению в зависимости от породного состава лесов с получением нового картографического материала.
Разработана модель сопровождения аэрокосмического мониторинга, на основе которой проведена геоэкологическая оценка динамики структуры и состояния ПТС района строительства и функционирования объекта УХО «Марадыковский». Выявлено, что в ходе поэтапного строительства объекта УХО увеличиваются масштабы техногенного воздействия на ландшафтный комплекс. По анализу данных дистанционного зондирования установлено воздействие объекта на лесной покров его СЗЗ, проявляющееся в снижении уровня хлорофилла в отдельных лесных массивах.
Впервые определен характер динамики структуры и состояния ПТС района строительства и функционирования объекта «Марадыковский» в пространственно-временном масштабе в зависимости от влияния строительных и производственных работ, в результате чего дан прогноз развития геоэкологической ситуации.
Оптимизирована система информационного сопровождения государственного экологического контроля и мониторинга окружающей среды для интегральной оценки динамики структуры и состояния природного комплекса в районе строительства и функционирования объекта УХО. Созданы программный комплекс «Экологический мониторинг» и SQL-база данных, необходимые для сбора, оперативного отображения и анализа полученных результатов экологических исследований.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные в ходе диссертационного исследования материалы внедрены в деятельность Регионального центра государственного экологического контроля и мониторинга по Кировской области Федерального государственного учреждения «Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии» (РЦГЭКиМ по Кировской области ФГУ «ГосНИИЭНП»), обеспечивают геоэкологическую оценку и прогноз динамики структуры и состояния природного комплекса в условиях техногенного воздействия, могут служить основой при подготовке рекомендаций по реабилитации территории в ходе дальнейшей конверсии объекта УХО «Марадыковский», а также использоваться при разработке технико-экономических обоснований строительства подобных техногенных объектов и оценке изменений структуры и состояния природно-техногенных систем районов их расположения.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены и обсуждены на 10-ой Всероссийской научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Кирово-Чепецк, 2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров, 2008, 2009 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции молодежи «Экология родного края - проблемы и пути их решения» (г. Киров, 2009, 2010, 2011 гг.), на VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (г. Томск, 2009 г.), на XIV международной экологической
студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2009 г.), на II Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика эколого-просветительской деятельности в природоохранных и образовательных учреждениях Российской Федерации» (г. Тамбов, 2009 г.), на Всероссийской научной школе для молодежи «Инновационные методы в изучении естественной и антропогенной динамики окружающей среды» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (г. Киров, 2009 г.), на Всероссийской научной конференции «Инновации в геоэкологии: теория, практика, образование» (г. Москва, 2010 г.), на VIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации» (г. Киров, 2010 г.).
Личный вклад автора выразился в непосредственном участии на всех этапах исследований при планировании работ, сборе и обобщении литературной информации; анализе динамики строительства и эксплуатации объекта УХО «Марадыковский»; расчете индексов опасности загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух, при одновременном и поэтапном уничтожении различных ОВ; картировании ареалов химического загрязнения природных сред и ранжировании лесного покрова СЗЗ объекта УХО по степени устойчивости к атмосферному загрязнению; дешифрировании и обработке космических снимков; геоэкологической оценке и прогнозе влияния производственной и инженерно-строительной деятельности объекта УХО на динамику структуры и состояния природно-ландшафтного комплекса; оптимизации системы информационного сопровождения государственного экологического контроля и мониторинга окружающей среды в районе строительства и функционирования объекта УХО; в создании программного обеспечения и баз данных; апробировании аксиологического подхода. Работа выполнена с использованием результатов экологических исследований РЦГЭКиМ по Кировской области ФГУ «ГосНИИЭНП».
Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема диссертационной работы соответствует Паспорту специальности «Геоэкология», так как изучение динамики природного комплекса в условиях антропогенного воздействия при строительстве и эксплуатации объекта УХО, рациональное использование природных ресурсов и их контроль входит в круг задач геоэкологии. Проведены исследования по следующим областям в отрасли «Науки о Земле»: 1) п. 1.8 - «Природная среда и геоиндикаторы ее изменения под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека...». Выявлены ареалы химического загрязнения природного комплекса в результате техногенного воздействия объекта УХО «Марадыковский»; 2) п. 1.11 -«Геоэкологические аспекты функционирования природно-технических систем. Оптимизация взаимодействия (коэволюция) природной и техногенной подсистем». Проведены исследования по изучению техногенного воздействия на природную подсистему при поэтапном строительстве объекта и раздельном уничтожении ОВ; 3) п. 1.13 - «Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и
риска, управление риском...». Определены факторы экологического риска при строительстве и эксплуатации объекта УХО, рассчитаны индексы опасности при одновременном и поэтапном уничтожении различных ОВ; 4) п. 1.17 -«Геоэкологическая оценка территорий. Современные методы геоэкологического картирования, информационные системы в геоэкологии...». Проведена геоэкологическая оценка и сделан прогноз динамики структуры и состояния ПТС района строительства и эксплуатации объекта УХО «Марадыковский» с использованием методов геоэкологического картирования и дистанционного зондирования, геоинформационных систем и разработанных программных решений. Основные результаты исследований, выносимые на защиту:
При поэтапной технологии уничтожения отравляющих веществ снижается индекс опасности загрязняющих веществ, поступающих в природный комплекс, что способствует уменьшению техногенного воздействия объекта УХО «Марадыковский» на природную подсистему.
В ходе строительства и функционирования объекта УХО «Марадыковский» происходит динамика структуры и состояния природно-техногенной системы, проявляющаяся в возрастании площадей промышленных территорий, вырубке лесных массивов и уничтожении почвенного покрова, зарастании заброшенных пахотных земель, изменении площадей лугов и лесов, увеличении химического загрязнения природного комплекса, ухудшении состояния хвойных лесов.
Модель оптимизации системы информационного сопровождения государственного экологического контроля и мониторинга природного комплекса в районе строительства и функционирования объекта УХО позволяет проводить интегральную геоэкологическую оценку и оперативный анализ влияния техногенной деятельности объекта на окружающую среду.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 5 работ из списка изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 173 страницы машинописного текста. Диссертация содержит 16 таблиц, 40 рисунков. Список литературы состоит из 194 наименований, в том числе 14 иностранных источников.
