Геоэкологическая оценка влияния аэротехногенных выбросов на состояние воздушного бассейна и территории города Белгорода Боровлев Андрей Эдуардович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Геоэкологические основы регулирования качества атмосферного воздуха урбанизированных территорий 14

1.1 Промышленно развитый город как объект геоэкологического исследования 14

1.2 Нормирование качества атмосферного воздуха 20

1.3 Контроль качества атмосферного воздуха 29

1.4 Использование экологической ГИС в качестве информационно аналитического ресурса для регулирования качества атмосферного воздуха

урбанизированных территорий 34

ГЛАВА 2. Геоэкологическая характеристика факторов, формирующих поля аэротехногенного загрязнения города белгорода 40

2.1 Природный фон и городские ландшафты 41

2.2 Функциональное зонирование территории промышленного города 47

2.3 Источники аэротехногенного загрязнения воздушного бассейна 55

ГЛАВА 3. Совершенствование подходов к геоэкологической оценке влияния аэротехногенных выбросов на состояние воздушного бассейна и территории промышленно развитого города 63

3.1 Экологическая оценка качества воздушного бассейна города белгорода по данным Государственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды 63

3.2 Определение регионального перечня приоритетных загрязняющих веществ и вкладов источников аэротехногенных выбросов в загрязнение атмосферы города Белгорода 74

3.3 Оценка пространственного распределения взвешенных частиц с учетом их дисперсности в атмосферном воздухе города Белгорода 85

3.4 Использование аппаратно-программного лидарного комплекса для мониторинга атмосферного воздуха урбанизированной территории и контроля выбросов твердых загрязняющих веществ 95

3.5 Интегральная оценка устойчивости почв к аэротехногенному воздействию в пределах функциональных зон города Белгорода 104

ГЛАВА 4. Регулирование качества воздушного бассейна промышленно развитого города на основе результатов геоэкологических исследований 119

4.1 Геоинформационная аналитическая система урбоэкологического назначения как информационный и аналитический ресурс для поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна промышленно развитого города 119

4.2 Рекомендации по улучшению геоэкологической ситуации на территории города Белгорода 129

Выводы и предложения 134

Список использованных источников

• Контроль качества атмосферного воздуха
• Функциональное зонирование территории промышленного города
• Оценка пространственного распределения взвешенных частиц с учетом их дисперсности в атмосферном воздухе города Белгорода
• Рекомендации по улучшению геоэкологической ситуации на территории города Белгорода

Введение к работе

Актуальность темы исследования.

Рост числа и размеров городов происходит на фоне таких социальных трендов, как увеличение доли городского населения и затрат на охрану окружающей среды, а также социального тренда, связанного с ростом заболеваемости и смертности от загрязнения воздуха. В последние годы значительно интенсифицировался поиск оптимальных решений обеспечения экологической безопасности воздушного бассейна урбанизированной территории на основе исследований по выявлению приоритетных загрязняющих веществ (ЗВ) и созданию региональных систем мониторинга качества атмосферного воздуха. Теоретические подходы к изучению данной проблемы обоснованы во многих трудах отечественных и зарубежных ученых по урбоэкологии и мониторингу окружающей среды (Берлянд, 1985; Тетиор, 2008; Разяпов, 2011; Brauer, 2012 и др.).

Одними из основных источников информации об аэротехногенном воздействии на состояние воздушного бассейна урбанизированной территории являются проекты нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) для предприятий. Эти проекты разрабатываются с учетом фоновых концентраций ЗВ, определяемых по данным мониторинга атмосферного воздуха. Однако во многих крупных промышленно развитых городах России контроль загрязнения атмосферы проводится по ограниченному перечню ЗВ методом «ручного отбора» и не обеспечивает территориальный охват в разрезе функциональных зон урбоэкосистем. Поэтому проекты нормативов ПДВ для предприятий разрабатываются без учета фонового загрязнения по широкому спектру приоритетных ЗВ. В то же время современные геоинформационные системы (ГИС) позволяют интегрировать информацию по всем источникам аэротехногенного загрязнения и с использованием расчетных моделей получить пространственную картину распределения приоритетных ЗВ в атмосферном воздухе, а также выполнить аналитические процедуры и на основе геоэкологической оценки разработать более «жесткие» нормативы ПДВ для предприятий по сравнению с практикой разработки нормативов выбросов для отдельного предприятия. Таким образом, актуальной научной задачей является разработка аналитической ГИС как информационного и аналитического ресурса поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна промышленно развитого города.

Указанные проблемы актуальны и для г. Белгорода – крупного промышленного города Центрального Черноземья, который имеет многочисленные источники аэротехногенного загрязнения, разветвленную промышленно-транспортную структуру, сложную архитектурно-планировочную организацию городской застройки, и, как следствие этого, – условия для формирования зон с повышенным уровнем ЗВ и появления экологически обусловленных заболеваний населения. Белгород типичен для урбанизированных центров Европейской части страны, что позволяет на примере его геоэкологической ситуации разработать аналитическую ГИС для поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна территории промышленно развитого города.

Объектом исследования является геосистема и геоэкологическое состояние окружающей среды города Белгорода.

Предмет исследования: анализ полей аэротехногенного загрязнения городской

среды на основе ГИС-технологий.

Цель исследования: геоэкологическая оценка влияния аэротехногенных выбросов на состояние воздушного бассейна и территории г. Белгорода, а также разработка рекомендаций по снижению техногенной нагрузки на компоненты окружающей среды города.

Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:

1. Создать полнофункциональную базу данных источников выбросов ЗВ в
атмосферный воздух г. Белгорода.

2. Выполнить оценку загрязнения воздушного бассейна выбросами предприятий и
автотранспорта.

1. Выявить особенности аэротехногенной нагрузки на атмосферный воздух и почвенный покров г. Белгорода.

2. Разработать рекомендации по совершенствованию системы экологического контроля промышленных выбросов ЗВ в атмосферу и предложения по установлению нормативов ПДВ для г. Белгорода.

3. Разработать функциональные блоки, структуру базы данных и систему управления ими в составе геоинформационной аналитической системы урбоэкологического назначения для поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна г. Белгорода.

Теоретико-методологическую основу диссертационного исследования составили методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86), экспериментальные данные по контролю аэрозольных выбросов, а также методические подходы к нормированию аэротехногенных выбросов на основе сводных расчетов загрязнения атмосферы городов (разработан АО «НИИ Атмосфера») и к оценке устойчивости почв к аэротехногенному воздействию (рассмотрен в работах В.Н. Башкина, М.А. Глазовской, М.И. Герасимовой, А.С. Курбатовой, А.П. Сизова, J. Breuste и др.).

Материалы исследования. Основу работы составили полученные автором результаты сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха территории г. Белгорода выбросами промышленности и автотранспорта на основе универсальной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) «Эколог», измерений содержания взвешенных частиц в приземном слое атмосферы анализатором Dust Trak 8520 и в факеле промышленного выброса – многоволновым лидаром МВЛ-60. В исследовании применяли следующие методы: дистанционного зондирования атмосферы, картографический, математико-статистический, методы математического моделирования и системно-функционального анализа. Особое внимание уделено внедрению ГИС-технологий в предметной области научного исследования. Анализ пространственного распределения ЗВ в атмосферном воздухе и территории города выполнен в ГИС методами оверлея, интерполяции и пространственной статистики.

Достоверность и обоснованность результатов исследований, научных положений и выводов обеспечивается значительным объемом обработанного фактического материала натурных исследований и проектов нормативов ПДВ предприятий Белгорода; подтверждается данными экспериментальных исследований, полученных при использовании современного оборудования и средств измерений,

актуальных картографических материалов, сертифицированного программного обеспечения для расчета загрязнения атмосферы, а также согласованностью с результатами, полученными другими авторами.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые на основе базы данных источников аэротехногенного загрязнения и расчетов загрязнения атмосферы г. Белгорода выбросами промышленности и автотранспорта установлен приоритетный перечень в количестве 23 ЗВ для экологического контроля; разработана методика оценки загрязнения воздушного бассейна и подстилающей поверхности промышленно развитого города выбросами твердых ЗВ с учетом состава и нормируемых размеров взвешенных частиц на основе расчетных методов и ГИС-анализа; установлено преобладающее долевое участие выбросов взвешенных частиц с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм (РМ10) и менее 2,5 мкм (РМ2,5) от 7-ми высоких источников производств строительных материалов (18,6-43,1%) из 1378 стационарных источников выбросов твердых ЗВ в загрязнение атмосферного воздуха жилой зоны г. Белгорода; показана возможность использования лидарных измерений для оперативного контроля выбросов взвешенных частиц РМ10 и РМ2,5 с получением представлений о трехмерном распространении ЗВ; разработана геоинформационная аналитическая система урбоэкологического назначения для поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна промышленно развитого города на основе применения авторской методики оценки загрязнения приземного слоя атмосферы и подстилающей поверхности с учетом состава и нормируемых размеров взвешенных частиц.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экологическая оценка качества воздушного бассейна промышленно развитого города, определение перечня приоритетных загрязняющих веществ и вкладов источников аэротехногенных выбросов в загрязнение атмосферы (на примере города Белгорода).

2. Алгоритм и программные решения оценки загрязнения воздушного бассейна промышленно развитого города взвешенными частицами РМ10 и РМ2,5 с использованием дистанционных методов контроля выбросов твердых загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

3. Интегральная оценка устойчивости почв к аэротехногенному воздействию в разрезе функционального зонирования промышленно развитого города.

4. Геоинформационная аналитическая система урбоэкологического назначения, включающая функциональные блоки, базы данных и систему управления ими, как информационный и аналитический ресурс для поддержки принятия решений по регулированию качества воздушного бассейна промышленно развитого города.

Практическая значимость результатов исследования определяется тем, что они рекомендованы для использования в работе предприятий, природоохранных служб и органов муниципального управления при планировании и разработке экологических программ и проектов, а также могут быть использованы для геоэкологической оценки урбанизированных территорий, организации контроля промышленных выбросов в атмосферу частиц РМ10 и РМ2,5 на основе лидарного метода измерений. Материалы диссертации вошли в научные отчеты по гранту РФФИ «Разработка метода оперативной оценки степени техногенного загрязнения

воздушного бассейна города (региона) на основе комплексных измерений, моделирования и ГИС» (№ 06-02-96320»), гранту РФФИ «Мониторинг техногенного воздействия и рациональное природопользование в действующих и вновь создаваемых промышленных районах» (№ 09-05-97505), государственному контракту «Оценка дисперсного состава пылегазовых выбросов предприятий и исследование загрязнения атмосферы промышленного центра взвешенными частицами с использованием измерительного лидарного комплекса БелГУ» (№ гос. рег. 0120120561), хоздоговорным темам № 707/05 «Разработка сводного тома «Охрана атмосферы и ПДВ г. Белгорода», № 3/11 «Разработка проекта нормативов ПДВ для ЗАО «Белгородский цемент». Эффективность исследований подтверждена справками о внедрении в практическую деятельность администрацией г. Белгорода и ЗАО «Белгородский цемент».

Личный вклад автора. Диссертационная работа является самостоятельно выполненным научным трудом. Все научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично. Из научных трудов, опубликованных в соавторстве, в работе использованы лишь те идеи и положения, которые являются результатом личной работы соискателя.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены автором на следующих научно-практических конференциях: Международной конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», (Белгород, 2004 г.), II Международной конференции-выставке «Экологические системы, приборы и чистые технологии» (Москва, 2007 г.), III, IV и V Международных конференциях «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008, 2010, 2013 гг.). Разработка «Геоинформационная аналитическая система «Эко-город» получила в 2012 г. национальный сертификат качества №01031 Российской Академии естествознания в номинации «Наука и технологии».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 11 работ – в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ. Получено 4 авторских свидетельства об официальной регистрации баз данных и программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня сокращений, библиографического списка из 238 наименований (из них 24 на английском языке) и 3-х приложений. Основной текст диссертации изложен на 137 страницах машинописного текста и содержит 17 таблиц и 34 рисунка.

Контроль качества атмосферного воздуха

В качестве объектов геоэкологического исследования урбанизированных территорий преимущественно используют понятия «город» и «городская среда». Город – крупный населенный пункт, являющийся административным, транспортным, промышленным, торговым и культурным центром [145]. Согласно Н.Ф. Реймерсу, малыми городами считаются населенные пункты с населением 10 – 50 тыс. жителей, средними – 50 – 100 тыс., крупными – 100 – 500 тыс. и крупнейшими – более 500 тыс. жителей [175]. Сложный комплекс города с пригородами, где находятся и сельскохозяйственные и населенные пункты, представляет собой городскую агломерацию. С развитием урбанизации у городов появляются новые функции. Для всех городов, численность которых превышает 50 тыс. человек, характерна полифункциональность (центры разнообразной промышленности, транспортные узлы, административные и информационные центры и т.п.). Помимо градообразующих, город выполняет градообслуживающие функции: обслуживание собственного населения внутригородским транспортом, коммунальными и бытовыми услугами, продукцией повседневного спроса.

Урбанизация преобразует исходный природный комплекс, создавая в крупных городах особую городскую (урбанизированную) среду – среду обитания человека. Город, являясь своеобразной экологической, неустойчивой природно-антропогенной системой, состоящей из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем, называется урбоэкосистемой [175]. Согласно В.В. Владимирову [39], любой город имеет несколько системных (в том числе экосистемных) характеристик, закономерности которых необходимо учитывать в процессе его исследования, конструирования или управления им. Это сложная система, характеризующаяся многообразными внутренними и внешними связями естественного, технического и социального происхождения. Таким образом, в более широком значении город следует рассматривать как урбогеосоциосистему, в состав которой входят: - урбоэкосистема, т.е. видоизмененная под воздействием человека природная экосистема городской территории; - социальная подсистема, т.е. функционально дифференцированная совокупность людей, или социосфера города; - промышленный комплекс или техносфера города [114]. Индикатором качества городской среды в первую очередь является здоровье человека. Особое место по степени влияния на здоровье человека и других представителей городской и пригородной фауны принадлежит городскому воздуху. Быстрое загрязнение атмосферы – наиболее опасное последствие техногенной эволюции городской среды. Поэтому поддержание хорошей городской среды предусматривает контроль этого компонента ландшафта и управление его качеством [199].

Загрязнение атмосферы вызывается естественными и антропогенными источниками твердых, жидких и газообразных веществ (рисунок 1.1) [199]. К антропогенным источникам относятся предприятия промышленности, сельского хозяйства, транспорта, бытовые и другие объекты, осуществляющие выброс в атмосферу различных химических соединений [60]. Ежегодно в мире сжигается около 10 млрд. т органического топлива, перерабатывается около 2 млрд. т рудных и сыпучих нерудных материалов, в воздух выбрасывается до 200-300 млн. т различной пыли и золы. Атмосферу загрязняют все виды транспорта, больше всего – автомобильный, на долю которого приходится около 55% транспортного загрязнения атмосферы. Один автомобиль, проходя в год 15 тыс. км, потребляет около 4 т кислорода, сжигает примерно 2-3 т топлива и выбрасывает в атмосферу 3,25 т диоксида углерода, 530 кг оксида углерода, 27 кг оксида азота и 10 кг резиновой пыли [199].

Функциональное зонирование территории промышленного города

Город Белгород – областной центр с 6 января 1954 г., где по состоянию на 1.01.2015 г. проживает 384,4 тыс. жителей на площади 15,6 тыс. га [15]. Белгород разделен на два городских округа: Восточный и Западный. Белгородская агломерация численностью около 600 тыс. человек включает в себя поселки: Северный, Разумное, Дубовое, Стрелецкое, Майский, Таврово и некоторые другие близлежащие населенные пункты.

В настоящее время в Белгороде реализуется стратегия развития города до 2025 г. [177], первостепенной целью которой определено повышение качества жизни в рамках реализации программы «от благоустройства к благополучию». В качестве базового индикатора выбран индекс развития человеческого потенциала (ID), разработанный Программой развития ООН, и измеряющий уровень достижений стран по трем важнейшим показателям: ожидаемая продолжительность жизни, уровень образования, ВВП на душу населения. По данному индексу Белгородская область в рейтинге регионов занимает пятое место (0,838) [178]. Для города Белгорода значение ID составляет 0,868, что близко к высокой степени развития человеческого потенциала как основы будущего развития градостроительства, экономики, трудовых ресурсов, муниципального управления, а также научного, творческого и культурного потенциала [14].

Несмотря на положительные тенденции социально-экономического развития г. Белгорода, по-прежнему актуальной остается проблема загрязнения атмосферного воздуха, ввиду увеличения количества автотранспортных средств и плотности жилой застройки, граничащей с промышленными зонами города.

Белгород находится на западе региона, входящего в ЦФО, в 695 км к югу от Москвы. Город расположен на южных склонах Среднерусской возвышенности и занимает в основном территорию двух локальных холмов (бывшей Меловой горы и Харьковской горы), спускающихся к реке Везелке при ее впадении в Северский Донец (бассейн р. Дон). В тектоническом отношении район лежит в пределах Воронежской антеклизы.

Согласно физико-географическому районированию, проведенному Ф.Н. Мильковым [208], территория города Белгорода принадлежит Осколо-Донецкому меловому району. Он характеризуется глубоко- и густорасчленненым долинно-балочным рельефом. В геоморфологическом отношении рельеф города представляет собой пологохолмистую равнину с плоскими платообразными водоразделами, широкими террасированными речными долинами и довольно густой овражно-балочной сетью.

В связи с тем, что Белгород расположен большей частью в долине р. Северский Донец, в рельефе выделяют два района – долину реки и водораздельную часть. В долине реки выделяется первая и вторая аккумулятивные, третья и четвертая цокольная террасы, на ряде участков выражена и платформенная терраса [209].

На территории Белгорода глубокая трансформация рельефа связана с добычей полезных ископаемых: глины, мела и песка. Глубина некоторых карьеров достигает 30-40 м. Наибольший ущерб городскому рельефу нанесен карьерно-отвальным комплексом «Полигон» ЗАО «Белгородский цемент» и карьером мела «Зеленая поляна» ОАО «Стройматериалы». В меловых породах широко распространены карстовые формы рельефа. Проявления погребенного карста обнаружены при помощи бурения в районе г. Белгорода и других городов Белгородской области [131]. Вследствие антропогенной деятельности в Белгороде возникли отрицательные формы рельефа: котловины, дренажные рвы, сформированные для ограждения промышленных площадок от затопления; выемки, образованные при прокладке транспортных магистралей. Имеются и положительные формы рельефа, сформированные при отсыпке отвалов. В окрестностях Белгорода выявлены очаги развития оврагов и оползней, угрожающих строениям и инфраструктуре.

Для территории характерен умеренно-континентальный климат с жарким летом, сравнительно холодной зимой и хорошо выраженными переходными сезонами. Чередование воздушных масс различного происхождения создает неустойчивый тип погоды: из года в год возможны значительные отклонения от нормы, как в сторону потепления, так и похолодания. Летом часто проникают воздушные массы континентального происхождения из Казахстана и Средней Азии, вызывая засухи. Морские атлантические воздушные массы и арктический воздух по пути существенно трансформируются, чем обуславливается недостаточная степень увлажнения [45, 46]. Территория относится ко II климатическому району и по данным наблюдений Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды характеризуется метеорологическими элементами, представленными ниже [133].

Самым теплым месяцем в году является июль, самым холодным – январь. Средняя температура воздуха в январе для Белгорода составляет (–8 С), в июле – (+19,4 С). Абсолютный максимум температуры за время наблюдения составил 38 С, абсолютный минимум: –35 оС. Среднегодовая температура наружного воздуха составляет + 6,5 С.

Оценка пространственного распределения взвешенных частиц с учетом их дисперсности в атмосферном воздухе города Белгорода

На карте отображена производственная зона города, где районы с концентрацией предприятий и коммунально-складских организаций в западной и восточной частях города названы Западной и Восточной промышленными зонами. Сложившаяся сеть основных линий железных дорог и долина р. Северский Донец делят территорию города на 4 планировочных района, условно названных Центральный, Южный, Западный и Восточный соответственно [16]. Постепенное расширение территории города привело к сосредоточению ведущих промышленных предприятий у границ жилой и общественно-деловой зон города, без соблюдения установленных санитарными правилами [185] размеров СЗЗ [151].

В Центральном планировочном районе расположены историческая жилая застройка, представленная в основном 2-3- и 4-5-этажными зданиями, а также жилыми зданиями повышенной этажности (9-18 этажей). С жилой застройкой граничит консервный комбинат «Конпрок», имеющий СЗЗ в 300 м. Склады этого комбината и кварталы усадебной застройки размещаются в пойме реки Везёлки. Близко от жилой застройки в северной части города располагается аэропорт с аэровокзалом с СЗЗ 2000 м, в пределах которой проживает порядка 1000 человек. В западной части Центрального планировочного района расположены Западная промышленная зона, сельскохозяйственные земли, коллективные сады, а также ботанический сад НИУ «БелГУ». В юго-западной части имеется усадебная застройка и территория под ИЖС. Промышленная зона включает крупные предприятия промышленности: ЗАО «Белгородский цемент», ОАО «Беласбестоцемент», ООО «Завод Краски КВИЛ», ОАО «Белгородстройдеталь», ООО «ЖБИК-4», ООО «Линдор», ЗАО «Энергомаш (Белгород)», ОАО «Гормаш» ОАО «Белвино», ОАО «Цитробел» с полям фильтрации) и объекты энергетики – Газотурбинная ТЭЦ. В пределах границ её СЗЗ проживает более 6000 человек. ОАО «Стройматериалы» (комбинат строительных материалов) расположен в восточной части центрального планировочного района с СЗЗ 300 – 500 м. Его карьер определяет спектр экологических проблем в этой части города. В пределах СЗЗ комбината проживает 1440 человек.

Восточный планировочный район включает кварталы малоэтажной и усадебной застройки так называемого «Старого города», расположенного на левом берегу Северского Донца, а также Восточную промышленную зону, где размещены следующие производства и объекты: витаминов и лекарственных средств (ООО «Полисинтез», ЗАО «Петрохим», «Верофарм»), стройиндустрии (ЖБК-1), машиностроения и металлообработки (заводы «Фрез», «Абразивный», «Новатор», «Энергоремонт», «Энергомаш (Белгород)-БЗЭМ»), пищевых продуктов (ОАО «Белмясо») и канализационные очистные сооружения города (МУП «Водоканал»). Южная часть района занята лесопарком «Сосновка» и учреждениями отдыха.

Южный планировочный район представлен микрорайонами многоэтажной застройки (5-9 и более этажей). Этот район наиболее комфортный для проживания, что обусловлено в основном отсутствием промышленных площадок, а также более высоким, по сравнению с другими районами, уровнем озеленения территории. В восточной части района находится большой лесопарк «Массив», в западной части – лесопарк «Архиерейская роща», парк «Южный» и бульвары. В районе ведется основное многоэтажное жилищное строительство: построены микрорайоны «Луч», «Предзаводской», «Молодежный»; завершается строительство микрорайонов «11», «Новый-2» и др.

В настоящее время рекреационная зона занимает 2,3 тыс. га (14,9% от общей площади города) и включает общегородские озелененные территории (парки, сады, скверы, бульвары), лесопарки, пляжи, учреждения отдыха, детский зоопарк и ботанический сад.

Согласно данным Управления Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Белгородской области зеленые массивы и насаждения в пределах городской черты занимают 4,839 тыс. га [15]. В структуре озелененных территорий города (рисунок 2.5) преобладают городские леса и лесопарки (69,6%). Для оценки озелененности г. Белгорода использованы показатели, установленные градостроительными нормами [193]: удельный вес озелененных территорий различного назначения в пределах застройки городов (уровень озелененности территории застройки) – не менее 40%; обеспеченность озелененными территориями общего пользования (площадь озелененных территорий в расчете на 1 чел.) для крупных городов (с населением 250-500 тыс. чел.) – не менее 16 кв. м/чел.

Анализ существующего состояния показал, что удельный вес озелененных территорий в пределах городской черты составляет 31,0%. Значит для обеспечения 40%-го уровня требуется дополнительное озеленение в пределах селитебной и ландшафтно-рекреационной территорий около 1400 га. По прогнозным оценкам нормативный уровень озелененности может быть обеспечен уже в 2017 году в рамках реализации проекта «Белгород – зеленая столица» [150, 178]. В числе его мероприятий озеленение и обустройство прилегающих и собственных территорий 350-ти хозяйствующих субъектов; создание и обустройство семи рекреационных зон; облесение 17-ти участков меловых склонов и эрозионно-опасных участков на площади более 626 га; проведение рекультивации территорий после техногенного воздействия карьера ЗАО «Белгородский цемент» и бывших меловых выработок ОАО «Стройматериалы» [87].

Обеспеченность озелененными территориями общего пользования в расчете на 1 жителя выросла с 11,3 кв.м/чел. в 2007 г. до 18,7 кв.м/чел. в 2014 г. [14], что превышает нормативный показатель – 16,0 кв.м/чел. Рост указанного показателя в основном был обеспечен за счет реализации областной программы «500 парков Белогорья» [150], предусматривающей обустройство 26 парков и скверов на территории города. В зависимости от вариантов прогноза численности населения согласно Генеральному плану [16], итогов реализации программы «Белгород – зеленая столица», а также учета местных нормативов градостроительного проектирования [177], на перспективу до 2025 г. обеспеченность озелененными территориями общего пользования в расчете на 1 жителя составит 16,9-17,7 кв.м/чел. При этом актуальность проведения мер дополнительного озеленения целесообразно рассматривать с учетом геоэкологической оценки влияния аэротехногенных выбросов на состояние воздушного бассейна и территории города в разрезе планировочных районов.

Функциональные зоны Белгорода имеют определенную диспропорцию. По данным [16] авторами [149] определено соотношение между производственной, селитебной и рекреационной зонами Белгорода как 1:1,7:1 и сделан вывод о дисбалансе в отношении зоны рекреационного назначения почти в 3 раза. По данным Генерального плана, учитывающего в качестве исходного состояния ситуацию на 2002 г., значительную часть территории города (46%) занимают территории, не свойственные городским функциям – земли сельскохозяйственного использования и естественного ландшафта, что свидетельствует о достаточных территориальных резервах для развития города [16]. В настоящее время указанные территории занимают 38%. Баланс территории, определенный функциональным зонированием (по состоянию на 2014 г.), представлен на рисунке 2.6.

Рекомендации по улучшению геоэкологической ситуации на территории города Белгорода

В России лазерный контроль аэрозольных загрязнений воздушного бассейна проводятся в крупных промышленных городах Сибири [10, 84, 93] на основе аппаратно-программных лидарных комплексов.

Для практического решения задач мониторинга загрязнения атмосферного воздуха и контроля промышленных выбросов взвешенных частиц в атмосферу г. Белгорода нами использован «Измерительный лидарный комплекс БелГУ», включающий стационарный лидарный комплекс МВЛ-60, размещенный под куполом обсерватории университета, и мобильный лидарный комплекс МВЛ-60-МОБ, установленный в транспортном средстве. Лидар МВЛ-60МОБ является трехволновым (измерения проводятся на длинах волн 1064, 532 и 355 нм), может работать в двух режимах измерений – многоволновом и поляризационном [25]. Такое зондирование позволяет одновременно определять коэффициенты ослабления на нескольких длинах волн и позволяет исследовать дисперсный состав пыли в факелах ИВ от 1 до 10 микрон [88].

Основным объектом исследования является объем атмосферы района расположения предприятий Западной промышленной зоны города, в котором локализуются выбросы пыли высоких источников ЗАО «Белгородский цемент» – трубы вращающихся печей производства цемента высотой 65-96 м, работающие практически непрерывно. Выбор объекта исследований сделан по нескольким причинам. Во-первых, ЗАО «Белгородский цемент» имеет самые мощные выбросы твердых ЗВ в атмосферу г. Белгорода и характеристики их выбросов строго регламентированы. Во-вторых, необходимо проводить исследования фактического загрязнения атмосферного воздуха в жилой застройке, расположенной в границах ориентировочной СЗЗ Западной промышленной зоны, для принятия решений об утверждении размеров границ её единой СЗЗ [26].

Лидарные измерения концентрации взвешенных частиц производятся в секторе, обозначенном на рисунке 3.11 с шагом 2,5. При этом вертикальный угол наклона лидара составляет значение 0,5-2,5 с шагом 0,5. Минимальный угол наклона луча 0,5 выбран для того, чтобы трасса измерений проходила выше самого высокого строения на местности.

Угол 2,5 при дальностях 8 км соответствует возможности измерений при обычной облачности. Выбранный вертикальный сектор обеспечивает высоты измерения видимого шлейфа 50-300 м. В результате получаем трехмерный массив данных для атмосферы населенного пункта, позволяющий получить картину пространственного распределения пылевого аэрозоля с разрешением, достаточным для выделения объемов с различными градациями концентрации пыли.

Для определения вертикальной диффузии измерения проводятся в секторе на углах наклона лидара 0,5 – 2,5 с шагом 0,5. Угол наклона луча 0,5 выбран для того, чтобы трасса измерений проходила выше самого высокого строения на местности, угол 2,5 при дальностях 8 км соответствует возможности измерений при обычной облачности. В горизонтальной плоскости измерения проводятся с шагом 2,5. В результате мы получаем трехмерный массив данных для атмосферы исследуемой территории, позволяющий получить картину пространственного распределения взвешенных частиц с разрешением, достаточным для выделения объемов с различными градациями их концентрации [28]. Для обработки результатов лидарного мониторинга аэрозольного загрязнения атмосферы города нами использована специализированная программа «Скат» [161], выполняющая построение 3D модели шлейфа взвешенных частиц в атмосфере по серии горизонтальных контуров. Пространственная привязка результатов дистанционных лидарных измерений к векторной карте местности, в большинстве случаев, однозначно позволяет локализовать и выделить ИВ ЗВ, тем самым решая задачу, не решаемую «традиционными» методами контроля – идентификацию предприятия с максимальной долей вклада в загрязнение атмосферы взвешенными частицами [33].

Нами создан банк экологических картограмм Западного промышленного района Белгорода для различных атмосферных ситуаций, а именно: неустойчивая атмосфера (развитая конвективная турбулентность) и устойчивая или стабильная атмосфера (приземные и приподнятые инверсии температуры или оба типа инверсий одновременно). В случаях устойчивой атмосферы происходит накопление аэрозоля с частицами размером от десятых долей микрометра до 4-5 мкм в зонах устойчивой стратификации. Этот аэрозоль накапливается во время существования как приземной, так и приподнятой температурной инверсии [26, 27].

Пример полученного результата лидарных измерений параметров аэрозоля в виде вертикального среза выбросов 6 труб цементного завода, учитывают ситуацию максимальной производственной загрузки предприятия – в работе 7 вращающихся печей цементного производства, оснащенных системой очистки – электрофильтрами, с эффективностью пылеулавливания 96,7-99,8% (рисунок 3.12).

Средняя часть струи относится к наибольшему по мощности выброса источнику ( Н 96 м), правая часть – к 5 ИВ (Н 65 м), левая – к ИВ помольного отделения с Н 23 м (12 цементных мельниц, Н 24-37 м) и клинкерным складам (неорганизованные источники). В пыли от цементных мельниц и складов присутствует больше крупных частиц, чем в струе от высоких ИВ. Максимальные концентрации аэрозоля от ИВ (Н 96 м) наблюдаются на высоте 300м (8 мг/м3), ИВ (Н 65 м) – на высоте 260 м (10 мг/м3).

В целом по результатам лидарного мониторинга за 2006-2014 гг. установлено, что при любом направлении ветра при скорости более 2 м/c наблюдаются следующие эффекты. Ширина аэрозольных шлейфов может меняться от 50 до 700 м с удалением от источника загрязнения. Частицы размером менее 2,5 мкм обнаруживаются на удалении более 3 км за пределами рассчитанных СЗЗ предприятий западного промышленного района Белгорода (рисунок 3.13) [25,28, 32, 33].