Использование ГИС технологий для оценки загрязнения окружающей среды на примере г. Ялта

ГИС реализует две функции: моделирование и информирование об объекте. Она поддерживает научно- исследовательские работы в пределах акватории и прилегающей части Черноморского бассейна, обеспечивает распространение информации всем заинтересованным пользователям и принятие решений по природоохранным и защитным мерам, направленным на спасение уникальной экогеосистемы.

В разработке ГИС "Черное море" и насыщении ее баз данных участвовали 11 научно-исследовательских институтов из стран Черноморского бассейна и более 50 экспертов. Основной информационной единицей в ГИС "Черное море" является карта, сопровождаемая легендой, текстовым описанием и дополнительной информацией, относящейся к картографируемым объектам. При этом сама карта рассматривается как набор слоев и при выводе на экран они накладываются один на другой. Каждому слою приписываются следующие атрибуты: название слоя, соответствующее представленным объектам; признак видимости; признак активности. [10]

Обычно карта имеет один (иногда больше) тематический слой и слой географической основы. Всего ГИС "Черное море" содержит около 2000 карт, сгруппированных в семь тематических разделов (блоков). Иерархию разделов тематических электронных карт следующая:

1) география - общая информация о природе Черноморского региона;

2) геология - тектоника, геологическое строение, геоморфологическое районирование, эволюция берегов;

3) метеорология - типичные климатические и погодные условия;

4) физическая океанография - поля солености, плотности и температуры вод для каждого месяца и сезона года по 20 стандартным горизонтам;

5)химическая океанография - распределение кислорода, сульфидов, нитратов, фосфатов для 11 стандартных горизонтов, а также содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ;

6) биология - карты водно-болотных угодий Причерноморья, заповедников, зон обитания экзотических видов флоры и фауны, а также серия карт, показывающих биологическую продуктивность Черного моря, распределение фитопланктона, зоопланктона и макро зообентоса;

7) рыбные ресурсы - серии карт зон обитания коммерческих видов рыб, районов их нереста и зимовки.

Внутри каждого из семи разделов содержатся наборы аналитических и синтетических карт, организованных в иерархические древовидные структуры. Навигатор ГИС позволяет перемещаться по иерархии вперед или назад вдоль любой из ветвей, для просмотра содержания разделов, подразделов или отдельных карт. Пользователь имеет возможность выбрать любую карту в разделе или подразделе, открыть ее для просмотра и получить информацию о представленных на ней объектах. Например, войдя в раздел "Метеорология", можно вначале запросить "температуру воды", месяц "январь", затем "глубину 100 м" и в результате откроется карта "Температура воды в январе на глубине 100 м".

Модули, входящие в ГИС "Черное море", позволяют выполнять следующие виды анализа:

-визуальное сопоставление двух карт путем их совмещения (оверлей);

-численный корреляционный анализ карт, включая расчет коэффициента корреляции или построение корреляционной карты для двух анализируемых показателей (включая выбор размеров скользящего окна в процентах от площади карты);

-запуск анимации (с прямым и обратным ходом времени и заданной скоростью) для анализа изменений динамических показателей (климатических, гидрофизических, гидрохимических) и интерполяция данных на любую заданную дату;

-активизация информационной подсистемы по рекам бассейна Черного моря, которая содержит осредненные по годам гидрологические характеристики для всех рек, показанных на карте.

При работе с любой картой можно выполнять ее масштабирование, определять координаты любой точки, на которую указывает курсор, сдвигать изображение, выводить легенду, просматривать текст описания карты, вызывать дополнительную информацию, привязанную к тому или иному объекту на карте. Меняя размеры окон, оператор может автоматически размещать на экране одновременно несколько карт либо выводить их на печать [11]

геоинформационный техногенных аномалия загрязнение

2. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ АНОМАЛИЙ

2.1 Сущность геохимической оценки урбанизированных территорий

Оценка территории с точки зрения ее хозяйственного использования - необходимое звено физико-географических исследований, проводимых в прикладных целях. При исследовании влияния человеческой деятельности на окружающую среду оценочные показатели должны отражать характер и интенсивность техногенной нагрузки на ландшафт.

Для этого могут быть использованы характеристики избыточного накопления различных веществ техногенного происхождения в природных средах (почвах, растительности, снеге и т.д. Выявление и картографирование техногенных аномалий могут быть положены в основу оценки антропогенного воздействия на исследуемую территорию.

Согласно методическим разработкам, процесс оценки территории состоит из двух этапов:

1) пред оценочные исследования, т.е. изучение воздействий, изменений и последствий хозяйственной деятельности (выявление, параметризация, измерение, моделирование, установление связей);

2) собственно оценка выявленных последствий (определение критериев, показателей, оценочных шкал).

Представления о загрязнении природной среды как о перемещении вещества в геосистемах определяют роль геохимии ландшафта как методологической базы исследований техногенного воздействия на среду. Геохимия ландшафта, изучающая миграцию элементов в природных геосистемах, располагает в сущности готовым аппаратом для исследований воздействия техногенеза на природный ландшафт [9]

2.2 Карты для геохимической оценки территории

Для территории нашей страны пока наиболее характерны локальные виды загрязнений, в борьбе с которыми прежде всего необходимо учитывать местные особенности района. Целесообразный уровень исследования загрязнения - мезотерриториальный, соответствующий уровню районных планировок, когда картографирование ведется в определенном диапазоне масштабов - от 1: 25000 до 1: 300000.

Работа по составлению оценочных карт должна включать должна включать следующие этапы:

1)картографирование природных ландшафтно-геохимических систем и определение их устойчивости к антропогенным воздействиям;

2)инвентаризационное картографирование хозяйственных объектов и определение их как потенциальных источников загрязнения;

3)выбор показателя, дающего качественную и количественную характеристику загрязнения, и составление карт распределения этого показателя;

4)картографирование антропогенных ландшафтов и их групп с бонитировкой по выбранному показателю.

Принципы картографирования городских территорий во многом определяются воздействием на среду отходов промышленного производства, которое играет роль основного градообразующего фактора.

Изучение антропогенного загрязнения проводится путем геохимического картографирования ключевых участков. Первый этап исследования, характеристика содержания микроэлементов природных почвах в зависимости от ландшафтных особенностей территории. В результате устанавливаются опорные фоновые содержания всех исследуемых микроэлементов. Второй этап - характеристика территорий и их частей путем исследования геохимических выборок. Третий этап связан с исследованием пространственного распределения содержания микроэлементов и их комплексов, с оконтуриванием аномалий разного уровня, т.е. непосредственно с геохимическим картографированием городских территорий и зон их влияния.

Первый этап. Для выбора фоновых значений содержания микроэлементов следует учесть своеобразный характер городских почв, в ряде случаев слабо связанных с местными природными ландшафтами (большие площади фунтов с примесью строительного мусора, окультуренные почвы парков и садов и т.д.). Поэтому для характеристики Урбанизированных территорий целесообразно опираться не на местный (локальный) геохимический фон, а на региональный фон -- среднее содержание элементов в природных почвах области. При подсчете регионального фона использованы геохимические выборки по участкам, значительно удаленным от источников загрязнения, расположенным в разных районах исследуемой области.

Второй этап. Опробование почв городских территорий проводиться с таким расчетом, чтобы дать пространственную картину распределения содержания элементов и в то же время сформировать представительные геохимические выборки для количественной оценки среднего содержания элементов в городах и поселках. Главная задача этого этапа работ ^ выявить химические элементы, накапливающиеся в почвах каждого изучаемого поселения, и провести сравнительную характеристику качественных и количественных особенностей такого накопления в населенных пунктах разного типа.

Для каждого объекта подсчитываются основные параметры распределения химических элементов: Оценки среднего содержания (С) и стандартного отклонения (8), а также коэффициент вариации (V), который отражает меру однородности выборки и может служить косвенным признаком наличия аномалии.

Уровень аномальности содержания элементов определяется путем подсчета коэффициента концентрации Кс, который рассчитывается как отношение среднего содержания элемента в объекта или в точке опробования к среднему фоновому содержанию.

После расчета коэффициента концентрации каждая выборка характеризуется перечнем относительных показателей аномальности исследуемых химических элементов, который представляет качественную и количественную оценки геохимической ассоциации изучаемого объекта. Например, городская ассоциация может быть охарактеризована следующей формулой накапливающихся микроэлементов [20].

Термин «геохимическая ассоциация» используется здесь для обозначения группы элементов, характеризующих определенный миграционный поток и объединенных чаще всего общностью источника или групп источников.

Ассоциация может характеризовать не только среднюю выборку для территории, но и конкретный участок в точке опробования. Расчет ассоциаций по точкам проводится на третьем этапе исследовании - при картографировании аномалии.

Третий этап. При картографировании распространения ассоциации обычно основываются на интуитивно принимаемом допущении, что высокая степень совпадения аномалий разных элементов отражает общность источника.

Для изображения структуры аномалий предлагается использовать понятие «ассоциация со нахождения» (простая ассоциация). Так условились называть группу элементов, содержания которых в пределах простого контура внутри техногенной аномалии характеризуются минимальной неоднородностью по отношению ко всей площади аномалии. В результате миграционный поток (т.е. его «след» на местности, зафиксированный в составе почвы) представляется в виде совокупности простых контуров, отражающих последовательную смену ассоциаций сонахождения. Общая ассоциация потока может быть названа сложной, так как в ее пределах аномальные содержания элементов претерпевают значительные изменения. Сложная ассоциация при картографировании фиксируется в виде контура, разделенного внутренними границами на элементы структуры.

Методы выявления геохимических ассоциаций хорошо зарекомендовали себя при изображении на карте полиэлементных аномалий для целей геохимических поисков. Имеет смысл применить их и для картографирования техногенных аномалий.

В почвах всех исследуемых городов и поселков обнаруживается накопление по сравнению с природным содержанием целого ряда элементов. Наиболее распространенные элементы-загрязнители - цинк, медь, свинец, никель и ртуть; кроме того образуются аномалии олова, хрома, вольфрама, молибдена, стронция, серебра.

На основании исследований выборок и геохимического картографирования городских территорий можно сделать следующие выводы об особенностях микроэлементного состава городских почв и закономерностях его пространственного распространения:

1. Какие элементы накапливаются в городских почвах по сравнению с фоном, наиболее распространенные элементы и какие из них образуют аномалии. К каким территориально привязанным местам приурочены ореолы рассеивания. Предполагаемое происхождение аномалии.

2. Какой тип миграционных потоков и предполагаемый их источник (на основе анализа размещения источников загрязнения и направления переноса - воздушными, водными и другими).

3. морфологическое строение аномалии в зависимости от концентраций и мощности источников выброса.

Следует принять такой порядок изучения состава техногенных аномалий урбанизированных территорий: предварительная оценка состава сложных ассоциаций по геохимическим выборкам; выделение и оконтуривание на местности простых ассоциаций сонахождения из числа аномальных элементов, определенных по геохимическим выборкам; оконтуривание общего комплексного ореола данной сложной ассоциации, отражающего распределение элементов из центра миграционными потоками разного направления.

Для общей количественной характеристики уровня анормальности в каждой точке рассчитывается суммарный показатель загрязнения по формуле, предложенной Ю.Е. Саетом:

2.3 Геоинформационное картографирование

Взаимодействие геоинформатики и картографии стало основой для формирования нового направления - геоинформационного картографирования, суть которого составляет автоматизированное информационно-картографическое моделирование природных и социально-экономических геосистем на основе ГИС и баз знаний.

Традиционная картография испытывает сегодня перестройку, сопоставимую, возможно, лишь с теми изменениями, которые сопровождали переход от рукописных карт к печатным полиграфическим оттискам. В некоторых случаях геоинформационное картографирование почти полностью заменило традиционные методы картосоставления и картоиздания.

Четкая целевая установка и преимущественно прикладной характер - вот, пожалуй, наиболее важные отличительные черты геоинформационного картографирования. Согласно подсчетам, до 80% карт, составляемых с помощью ГИС, носят оценочный или прогнозный характер либо отражают то или иное целевое районирование территории.

Программно-управляемое картографирование по-новому освещает многие традиционные проблемы, связанные с выбором математической основы и компоновки карт (возможность перехода от проекции к проекции, свободное масштабирование, отсутствие фиксированной нарезки листов), введением новых изобразительных средств (например, мигающие или перемещающиеся на карте знаки), генерализацией (использование фильтрации, сглаживания и т.п.).

Происходит тесное соединение двух основных ветвей картографии: создания и использования карт. Многие трудоемкие прежде операции, связанные с подсчетом длин и площадей, преобразованием изображений или их совмещением, стали рутинными процедурами. Возникла электронная динамическая картометрия. Создание и использование карт, в особенности если речь идет о цифровых моделях, стали как бы единым интегрированным процессом, поскольку в ходе компьютерного анализа происходит постоянное взаимное трансформирование изображений. Даже чисто методически стало трудно различить, где завершается составление исходной карты и начинается построение производной.

ГИС-технологии породили еще одно направление оперативное картографирование, то есть создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени для быстрого, а точнее сказать, своевременного информирования пользователей и воздействия на ход процесса. При этом реальный масштаб времени понимается как характеристика скорости создания- использования карт, то есть темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

Оперативные карты предназначаются для инвентаризации объектов, предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля, стабилизации или изменения хода процесса в самых разных сферах - от экологических ситуаций до политических событий. Исходными данными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмических съемок, непосредственных наблюдений и замеров, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация.

Огромные возможности и порой неожиданные эффекты дают картографические анимации. Разнообразные модули анимационных программ обеспечивают перемещение картографического изображения по экрану, мультипликационную смену карт-кадров или трехмерных диаграмм, изменение скорости демонстрации, возврат к избранному фрагменту карты, перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте, их мигание и вибрацию окраски, изменение фона и освещенности карты, подсвечивание и затенение отдельных фрагментов изображения и т.п. Совершенно необычны для картографии эффекты панорамирования, изменения перспективы, масштабирование частей изображения (наплывы и удаления объектов), а также иллюзии движения над картой (облет территории), в том числе с разной скоростью.

В обозримом будущем перспективы развития картографии в науках о Земле, связываются прежде всего и почти целиком с геоинформационным картографированием. Они исключают необходимость готовить печатные тиражи карт. "В любой момент, - пишет Дж. Моррисон, - в режиме реального времени можно будет получить на экране дисплея визуализированное изображение изучаемого объекта или явления... И вместо совершенствования устаревших методов и технологий следует постоянно расширять применение ГИС и осваивать решение новых задач ". Внедрение электронных технологий "означает конец трехсотлетнего периода картографического черчения и издания печатной картографической продукции". Взамен мелкомасштабных карт и атласов пользователь сможет затребовать и сразу получить все необходимые данные в машиночитаемом или визуализированном виде, и даже само понятие "атлас" подлежит пересмотру [19]

3. ЭКОЛОГО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ АГСGIS 9 (создание карты-схемы загрязнения атмосферного воздуха города Ялты, от стационарных источников)

3.1 Краткая характеристика населенного пункта

Город Ялта расположен на берегу Черного моря в центральной части Южного берега Крыма. Его географическая широта проходит на равном расстоянии между экватором и северным полюсом, т.е. в оптимальных климатических условиях для человеческого организма. Здесь не бывает очень холодно зимой, а летом очень жарко. От холодных ветров Ялту оберегают расположившиеся амфитеатром горы: с севера -- часть Ай-Петринской гряды высотой более 1000 метров, с востока -- отрог гряды Авинда высотой почти 1500 метров, с запада -- гора Могаби в форме гигантской сопки (более 800 метров над уровнем моря).

Холм Дарсан (110 м над уровнем моря), расположенный в центральной части города, и соседствующий с ним отрог горного хребта Иограф (он несколько выше) вместе являются водоразделом речек Учан-Су и Дерикойки. Две горные речки карстового происхождения образуют довольно глубокие долины. Обе реки впадают в море в границах города.

Пляжная зона на большей части береговой линии г. Ялты представлена мелким галечником. Лишь южнее санатория им. П. Тольятти в пляжной зоне развиты глыбы.

Сейсмичность оценивается в 8 баллов. Исходя из инженерно-строительной оценки, использование территории под строительство возможно только после проведения мероприятий по инженерной подготовке.

Площадь города -- 1275,932 га, численность населения -- 90,0 тыс. чел.

Город является курортно-рекреационным международным центром с высоким потенциалом лечебно-оздоровительных учреждений. Разнообразие и своеобразие ландшафтов, уникальность растительности в сочетании с ресурсами моря обеспечивают высокую эффективность отдыха и лечения. Курортное хозяйство является главным градообразующим фактором. Кроме курортно-рекреационной сети, в Ялте высокий контингент неорганизованно отдыхающих.

В структуре жилого фонда преобладают 4-8 -- этажные жилые дома. На долю одноэтажной застройки приходится немногим более 10%.

Историческая селитебно-рекреационная зона города сложилась вдоль долин рек Водопадная, Быстрая с охватом приморской части города, а также на прилегающих склоновых территориях вдоль рек. Эти территории являются местом концентрации памятников истории, архитектуры, монументального искусства государственного и местного значения -- бывшие дворцы, дачи, гимназии, пансионаты, церкви, лечебницы, гостиницы, памятные места захоронений и пр.

Обслуживание населения города, а также отдыхающих осуществляется сетью учреждений культурно-бытового обслуживания.

Одной из важнейших причин катастрофического состояния окружающей среды города является дефицит зеленых насаждений, в том числе общекурортных парков и лесопарков. В центральной части города, кроме приморского парка и озелененного холма «Дарсан» практически отсутствует система общекурортных парков.

Транспортные связи города с другими курортными районами и городами осуществляются автомобильным, троллейбусным и морским транспортом.

Пассажирский порт расположен в центре г. Ялты. Суда Ялтинского порта осуществляют регулярное пассажирское сообщение от Сочи до Одессы. Грузовые операции Ялтинского морского порта осуществляются на грузовом участке порта в районе Массандровской балки.

Город Ялта полностью охвачен централизованной системой водоснабжения. Водоснабжение осуществляется как от подземных источников, так и комплексом водохранилищ (Загорское, Счастливенское).

Канализация представлена централизованной коммунальной системой и локальными системами учреждений отдыха и предприятий. Стоки от не канализуемой застройки вывозятся на сливную станцию КОС.

Централизованная система теплоснабжения в городе отсутствует. Старая одно-двухэтажная застройка обеспечивается теплом от децентрализованных источников, локальных: котлов и печей. В городе в качестве топлива для котельных используется природный газ, но основная масса котельных работает на жидком или твердом топливе.

Газоснабжение осуществляется на базе использования природного и сжиженного газа. Природный газ поступает по отводу от магистрального газопровода Симферополь-Севастополь.

Электроснабжение потребителей осуществляется от системы «Крымэнерго» по трем ВЛЭП--110 кВ. Одна ВЛ--110 кВ от ПС «Симферопольская», вторая ВЛ--110 кВ от ПС 330 кВ «Симферопольская», третья ЛЭП-110 кВ от ПС N№3 г.Севастополя.

Санитарно-гигиеническое состояние окружающей среды определяется как тяжелое, не соответствующее курорту международного значения. Целебные качества климата и морской воды в значительной степени снижаются в связи с загрязнением атмосферного воздуха и морских вод. Наблюдается также прогрессирующее разрушение природного ландшафта, абразия морских берегов и другие неблагоприятные процессы.

3.2 Влияние загрязнения тяжелыми металлами на организм человека

Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метил ртуть особенно опасна для животных и человека, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накапливание ее в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений. Метилртуть оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к I классу опасности.

Металлическая ртуть опасна, если ее проглотить и вдыхать ее пары. При этом у человека появляется металлический вкус во рту, тошнота, рвота, колики в животе, зубы чернеют и начинают крошиться. Пролитая ртуть разлетается на капельки и, если это произошло, ртуть должна быть тщательно собрана.

Неорганические соединения ртути практически нелетучи, поэтому опасность представляет попадание ртути внутрь организма через рот и кожу. Соли ртути разъедают кожу и слизистые оболочки тела. Попадание солей ртути внутрь организма вызывает воспаление зева, затрудненное глотание, оцепенение, рвоту, боли в животе.

У взрослого человека при попадании внутрь около 350 мг ртути может наступить смерть.

Загрязнение ртутью может быть уменьшено в результате запрещения производства и применения ряда продуктов. Нет сомнения, что загрязнение ртутью всегда будет острой проблемой. Но с введением строгого контроля за отходами производства, содержащими ртуть, а также за пищевыми продуктами можно уменьшить опасность отравления ртутью.

Свинец не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к классу опасности. Неорганические его соединения нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (подобно большинству тяжелых металлов). Одним из наиболее коварных последствий действия неорганических соединений свинца считается его способность заменять кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада свинца в костях - около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг.

Органические соединение свинца считаются ещё более токсичными, чем неорганические.

Автомобиль - главный источник воздушного загрязнения. Свинец поступает в кровь и соединяется с эритроцитами, так происходит отравление крови и всего организма. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает 200-400 мг свинца.

Вдыхаемая свинецсодержащая пыль примерно на 30-35 % задерживается в легких, значительная доля её всасывается потоком крови. Всасывания в желудочно-кишечном тракте составляют в целом 5-10 %, у детей - 50 %. Дефицит кальция и витамина Д усиливает всасывание свинца.

Острые свинцовые отравления встречаются редко. Их симптомы - слюнотечение, рвота, кишечные колики, острая форма отказа почек, поражение мозга. В тяжёлых случаях - смерть через несколько дней.

Ранние симптомы отравления свинцом проявляются в виде повышенной возбудимости, депрессии и раздражительности. При отравлении органическими соединениями свинца его повышенное содержание обнаруживают в крови.

Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом он стал вездесущим компонентом любой пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

Кобальт. Малая концентрация кобальта в организме приводит к анемии, эндемическому зобу, недостаточному синтезу или отсутствию витамина В12. При высокой концентрации угнетается выработка витамина В12.

Медь. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной системы, а избыток меди поражает печень, вызывая желтуху.

Цинк - «двуликий Янус». Он стимулирует деление клеток и заживление пораженных тканей, но в то же время способствует и образованию раковых клеток.

Сердечно-сосудистые заболевания могут развиваться из-за нарушения равновесия микроэлементов в организме. Цинк, магний, хром, ванадий снижают уровень холестерина в крови, кадмий повышает кровяное давление, а недостаток меди сказывается на эластичности сосудов.

Кадмий - бомба замедленного действия. В окружающую среду рассеивается вместе с суперфосфатом и фунгицидами. Он - спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. В атмосферу кадмий попадает при сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в составе красителей. В организме человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь «итай-итай». Это искривление и деформация костей, сопровождающиеся сильными болями, необычайная хрупкость и ломкость костей. Кадмий повышает кровяное давление и обладает канцерогенными свойствами. В течение жизни его содержание в почках может увеличиваться в 100-1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят курильщики. Курение приводит к нарушению функций почек, болезням легких и костей. К несчастью, растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы.

Железо необходимо для организма, но избыток его ионов вызывает зашлаковывание организма на клеточном уровне.

Сурыма присутствует вместе с мышьяком в рудах, содержащих сульфиды металлов. Мировое производство сурьмы составляет около.70.т.в.год. Сурьма является компонентом сплавов, используется в производстве спичек, в чистом виде применяется в полупроводниках.

Токсическое действие сурьмы подобно мышьяку. Большие количества сурьмы вызывают рвоту, при хроническом отравлении сурьмой наступает расстройство пищеварительного тракта, сопровождаемое рвотой и понижением температуры.

Увеличение концентрации тяжелых металлов в окружающей среде увеличивает число мутаций, передающихся по наследству. Мутанты подвержены порокам физического и умственного развития. Если проследить за мутацией рыб (они живут около 3 лет), станет очевидно, что у многих из них в загрязненных водоемах нарушается генофонд. Это телескопические потери плавников, чешуи, нижней челюсти и другие уродства.

Средняя продолжительность жизни человека - 60 лет. Поэтому уже сегодня нужно резко ставить вопрос об экологических проблемах. Мы экономим на очистных сооружениях, а получается, что экономим на здоровье людей. А здоровье и за деньги не купишь. За нарушение генофонда мы отвечаем перед будущими поколениями [8].

3.3 Загрязнение города Ялты тяжелыми металлами

Основным источником загрязнения почвы тяжелыми металлами в городе Ялта, является автотранспорт. Основным элементом загрязнителем является свинец. Содержание его в почве вдоль автомагистралей по ул. Киевской и ул. Московской составляет 500 мг/кг и более, что является самым высоким загрязнением на территории Большой Ялты.

При сгорании топлива содержащийся в этилированном бензине тетраэтилсвинец разрушается и образует токсические свинцовые соединения - бромистый свинец, окись свинца, хлористый свинец, фосфат свинца. С отработавшими газами в воздушную среду поступает 37-85 % соединений свинца. Оставшаяся часть свинца осаждается на стенках цилиндров двигателя и в выпускном тракте.

При попадании в организм человека через дыхательные пути и кожу токсичные свинцовые соединения поражают центральную нервную систему и кроветворные органы [22].

Гигиенические нормативы содержания свинца следующие:

а) в атмосферном воздухе:

-- среднесуточное (ПДК с.с.) - 0,003 мг/м3;

-- для курортов (ПДК с.с.к) - 0,0024 мг/м3;

б) в почве:

-- ПДК п - 20,0 мг/кг (без учета среднего фона, равного 12 мг/кг) [11].

Вторым по значимости загрязнителем является цинк, содержание которого в почве вдоль улиц Московской и Киевской колеблется в пределах 160 мг/кг и более. На рисунке 3 показана динамика содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе на ул. Киевской С 1989 по 1992 года.

Формирование загрязнения почв тяжелыми металлами обуславливается прежде всего за счет поступления из атмосферы пыли, обогащенной характерными для основных источников загрязнения атмосферы химическими элементами.

Значительные количества пыли до 1433 кг/км2 в сутки выпадает на территории, примыкающие к ул. Московской и ул. Киевской. Химический анализ показывает аномальные содержания прежде всего таких элементов, как свинец (превышение кларкового содержания в 41 - 424 раза), цинк (8 - 68 раз), серебро (4 - 257 раз), олово (4-31 раза), барий (4-9 раз), медь (4-9 раз). На отдельных участках зафиксированы также вольфрам (8 раз), кобальт (7-9 раз), молибден (4 - 60 раз), хром (12-24 раза), никель (5 раз), сурьма (60 раз).

Таблица 1. Среднее содержание ионов тяжелых металлов в осадимых аэрозолях (время проведения исследований с 27.07.88 по 20.03.90 г.)

Ионы тяжелых металлов, мкг/г	ул. Маршака, кинотеатр "Спартак"	ул. Киевская, "Дом одежды"
Железо	712.17	1418.98
Цинк	298.95	363.07
Марганец	141.47	125.80
Медь	16.00	23.29
Никель	2.90	4.27
Свинец	2.01	1.31
Хром	0.49	0.33
Кадмий	0.021	0.031

Примечание: уловленные аэрозоли были проанализированы на атомно-абсорбционном спектрофотометре "Перкин-Эльмер-503" биологического факультета МГУ.

Согласно "Оценки состояния окружающей среды г. Ялты по геохимическим данным и рекомендациям по ее улучшению" (г. Москва, ИМГРЭ, 1986г.) суммарный показатель загрязнения химическими элементами пыли атмосферного воздуха по величине СПК (суммарный показатель концентрации) в районе ул. Киевской - Московской составляет 64 - 128. Формула загрязнения химическими элементами пыли атмосферного воздуха выглядит следующим образом:

Pb₅₀Zn₄₆(Cu,Ag)₄

Ba₉

где в числителе - химические элементы, частота встречаемости которых более 50%, в знаменателе - менее 50%; числовое значение - коэффициент концентрации относительно кларковых содержаний.

Таким образом, уровень загрязнения пыли химическими элементами по величине СПК очень сильный.

Содержание цинка в почве исследуемого участка колеблется от 160 до 1280 мг/кг.

Содержание свинца в почве исследуемого участка достигает 100 - 500 мг/кг почвы и более, что является показателем зоны возможного превышения ПДК свинца в воздухе.

По величине суммарного показателя концентрации химических элементов в почве на территории предполагаемого строительства она является сильно загрязненной (СПК = 32 - 64).

Некоторое снижение интенсивности движения по ул. Киевской в 1995 году можно объяснить как наличием постоянных пробок в районе овощного рынка, перенесенного сюда в 1993 году, так и сезонным снижением движения автотранспорта (измерения проводились осенью, а пик автотранспортного движения в Ялте отмечается в мае и в августе.

3.4 Применение геоинформационной системы ArcView 9 для оценки загрязнения тяжелыми металлами города Ялты

В среде проекта ГИС мы можем использовать три настольных приложения ArcView 9 - ArcCatalog, ArcMap и ArcToolbox.

ArcCatalog управляет хранением пространственных данных, структурой баз данных, а также записью и просмотром метаданных. ArcMap используется для всех задач создания карт и редактирования, а также для картографического анализа. ArcToolbox используется для преобразования данных и геообработки.

С помощью этих трех приложений мы можем решить любую задачу ГИС, простую или сложную, включая создание карты, управление данными, географический анализ, редактирование данных и геообработку.

ArcCatalog позволяет найти, просмотреть, задокументировать и организовать географические данные и создавать сложные базы геоданных для хранения этих данных. ArcCatalog представляет структуру для организации хранения больших объемов разнотипных данных ГИС.

Разные представления помогают найти нужные данные, хранятся ли они в файле, персональной базе геоданных или в удаленной СУБД.

При помощи ArcCatalog мы можем создавать персональные базы геоданных на своем компьютере и использовать инструменты ArcCatalog для создания или имортирования объектных классов или таблиц.

АгсМар позволяет создавать карты и работать с ними. В АгсМар можно просмотреть, отредактировать и проанализировать географические данные.

ArcToolbox - приложение, содержащее множество инструментов ГИС для геообработки.

Экологическим отделом ООО «Институт, экологии, землеустройства и проектирования» были проведены исследования загрязнения территории города Ялты тяжелыми металлами на основании которых мною при помощи геоинформационной системы ArcView 9 была построена карта-схема, отображающая загрязнение нашего города.

На картосхеме загрязнения химическими элементами атмосферного воздуха и почв г. Ялты показано, что на исследуемой территории имеются как районы значительного загрязнения почв тяжелыми металлами, так и районы максимального загрязнения атмосферного воздуха.

Наиболее сильно загрязнены тяжелыми металлами оживленные автодороги города -- улицы Московская, Киевская, автодороги в районе кинотеатра «Спартак». Тетраалкилы свинца добавляются в бензин в качестве антидетонационного сгорания. С выхлопными газами свинец выноситься в форме мелких твердых частиц оксидов, хлоридов, фторидов, нитратов, сульфатов и др. Примерно 20 % частиц имеют величину больше 0,005 мм. Они оседают в непосредственной близости от дороги. Более мелкие частицы, содержащие около 60% выбросов свинца, оседают не так быстро и выпадают в пределах относительно широкой полосы. Остальные 20% захватываются воздушными массами и могут переноситься на более или менее значительные расстояния.

Наиболее сильно загрязнена растительность, находящаяся до 5-10 м от края дороги, или растительность газонов, разделяющих полосы движения на шоссе. Зона более низкой концентрации распространяется до 50-100 м от края шоссе. На расстоянии 200-300 м содержание свинца, как правило, снижается до уровня местного фона.

При изучении концентрации свинца в деревьях вдоль дорог установлено, что максимум загрязнения приходится на интервал 1-2 м над уровнем земли, а выше оно быстро уменьшается.

Высокое количество свинца, поступающего в окружающую среду в районах улиц Московская и Киевская обуславливается еще также постоянными автомобильными пробками, которые образуются в этом районе, особенно в летний курортный период.

Концентрация свинца на поверхности почвы в условиях интенсивного придорожного движения не остается постоянной, а возрастает от весны к осени. То же самое происходит в растениях на протяжении вегетационного периода. Нарастание концентрации металла в почве и растениях, по-видимому, обусловлено постепенной аккумуляцией высокодисперсных частиц, выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей. Этому способствует устойчиво сухая погода. Важную роль играет ветер. Под воздействием ветра, длительно действующего в определенном направлении, аномалии вокруг источников сдвинуты в этом направлении. Под влиянием ветра распределение свинца в растениях по обе стороны шоссе часто нессиметрично.

Выводы

В настоящее время геоинформационные системы приобретают все более широкое распространение в области охраны окружающей среды.

С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей (в нашем конкретном примере - загрязнения территории города тяжелыми металлами).

В процессе написания данной работы нами было выяснено, что основным источником загрязнения территории города Ялты тяжелыми металлами является автотранспорт. Наиболее распространенный загрязнитель - свинец. Он поступает в окружающую среду с выхлопными газами в форме мелких твердых частиц оксидов, хлоридов, сульфатов и др. Наиболее загрязненные участки города Ялта - оживленные автодороги (такие как улицы Московская и Киевская). Также следует отметить, что свою роль в загрязнении этих дорог и прилегающих к ним территорий играют и постоянные автомобильные пробки, в которых автомобили простаивают с включенным двигателем значительное время. Помимо загрязнения свинцом, химический анализ показывает также аномальные содержания таких элементов как цинк, медь, барий, вольфрам, кобальт, молибден, хром, сурьма.

При помощи геоинформационной системы ArcGis 9 нами была построена карта-схема, отображающая загрязнение территории города Ялта тяжелыми металлами. На ней при помощи цветового отображения выделены районы с минимальным, значительным и максимальным загрязнением территорий. Данная схема позволяет выявить направление движения загрязняющего воздействия от автотрассы на основе наложения климатических данных.

Заключение

В 70-х годах нашего столетия люди впервые смогли увидеть Землю из космоса, что привело к возникновению нового обобщенного взгляда на нашу планету. Однако в то время еще не было адекватных средств анализа получаемых дистанционных данных для их полноценного использования в повседневной жизни. Только с появлением ГИС возможность решения такой задачи стала реальностью, так как эта технология позволяет собрать воедино и проанализировать различную, на первый взгляд мало связанную между собой информацию, получить основанный на массовом фактическом материале обобщенный взгляд на него, количественно и качественно проанализировать взаимные связи между характеризующими его параметрами и происходящими в нем процессами.

Роль ГИС в природоохранным мероприятиях очень важна. ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам.

ГИС широко применяются для составления и ведения разнообразных, в том числе земельных, кадастров. С их помощью удобно создавать базы данных и карты по земельной собственности, объединять их с базами данных по любым природным и социально- экономическим показателям, накладывать соответствующие карты друг на друга и создавать комплексные (например ресурсные) карты, строить графики и разного вида диаграммы

Еще одна распространенная сфера применения ГИС - сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки. В пределах охраняемых районов можно проводить полноценный пространственный мониторинг растительных сообществ ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, таких как туризм, прокладка дорог или ЛЭП, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач, таких как регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий. Такие задачи ГИС решает на научной основе, то есть выбираются решения, обеспечивающие минимальный уровень воздействия на дикую природу, сохранение на требуемом уровне чистоты воздуха, водных объектов и почв, особенно в часто посещаемых туристами районах.

Региональные и местные руководящие структуры широко применяют возможности ГИС для получения оптимальных решений проблем, связанных с распределением и контролируемым использованием земельных ресурсов, улаживанием конфликтных ситуаций между владельцем и арендаторами земель. Полезным и зачастую необходимым бывает сравнение текущих границ участков землепользования с зонированием земель и перспективными планами их использования. ГИС обеспечивает также возможность сопоставления границ землепользования с требованиями дикой природы. Например, в ряде случаев бывает необходимым зарезервировать коридоры миграции диких животных через освоенные территории между заповедниками или национальными парками. Постоянный сбор и обновление данных о границах землепользования может оказать большую помощь при разработке природоохранных, в том числе административных и законодательных мер, отслеживать их исполнение, своевременно вносить изменения и дополнения в имеющиеся законы и постановления на основе базовых научных экологических принципов и концепций.

ГИС является эффективным средство для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. Если установлены конкретные параметры окружающей среды, необходимые, например, для существования какого-либо вида животных, включая наличие пастбищ и мест для размножения, соответствующие типы и запасы кормовых ресурсов, источники воды, требования к чистоте природной среды, то ГИС поможет быстро подыскать районы с подходящей комбинацией параметров, в пределах которых условия существования или восстановления численности данного вида будут близки к оптимальным. На стадии адаптации переселенного вида к новой местности ГИС эффективна для мониторинга ближайших и отдаленных последствий предпринятых мероприятий, оценки их успешности, выявления проблем и поиска путей по их преодолению.

Интегральные функциональные возможности ГИС в наиболее явном виде проявляются и благоприятствуют успешному проведению совместных междисциплинарных исследований. Они обеспечивают объединение и наложение друг на друга любых типов данных, лишь бы их можно было отобразить на карте. К подобным исследованиям относятся, например, такие: анализ взаимосвязей между здоровьем населения и разнообразными (природными, демографическими, экономическими) факторами; количественная оценка влияния параметров окружающей среды на состояние локальных и региональных экосистем и их составляющих; определение доходов землевладельцев в зависимости от преобладающих типов почв, климатических условий, удаленности от городов и др.; выявление численности и плотности ареалов распространения редких и исчезающих видов растений в зависимости от высоты местности, угла наклона и экспозиции склонов.

ГИС значительно упрощает процедуру публикации любых видов картографической продукции. С помощью встроенного языка программирования программного обеспечения ARC/INFO ARC Macro Language (AML) можно написать программы автоматического создания любых типов печатных карт, графиков, диаграмм и таблиц. Кроме того простые программные продукты типа ArcView GIS позволяют просматривать и напрямую оперировать с данными, содержащимися в базе данных ГИС любому, даже малоопытному, пользователю. При помощи таких простых и легко доступных программ любой пользователь имеет возможность считывать и распечатывать карты, записанные, например, на CD-ROM в формате ГИС ARC/INFO.

Поскольку создание бумажных карт с помощью ГИС значительно упрощается и удешевляется, появляется возможность получения большого количества разнообразных природных карт, что расширяет возможности и широту охвата программ и курсов экологического образования. Ввиду простоты копирования и производства картографической продукции ее может использовать практически любой ученый, преподаватель или студент. Более того, стандартизация формата и компоновки базовых карт служит основой для сбора и демонстрации данных, получаемых учащимися и студентами, обмена данными между учебными заведениями и создания единой базы по регионам и в национальном масштабе. Можно подготовить специальные карты для землевладельцев с целью ознакомления их с планируемыми природоохранными мероприятиями, схемами буферных зон и экологических коридоров, которые создаются в данном районе и могут затронуть их земельные участки.

Возможность быстрого создания привлекательных, красочных и, в то же время, качественных профессионально составленных карт делает ГИС идеальным средством создания рекламных и обзорных материалов для вовлечения публики в быстро развивающуюся сферу экотуризма. Характерной чертой так называемых "экотуристов" является глубокая заинтересованность в подробной информации о природных особенностях данной местности или страны, о происходящих в природе процессах, связанных с экологией в широком смысле. Среди этой достаточно многочисленной группы людей большой популярностью пользуются созданные с помощью ГИС научно-образовательные карты, отображающие распространение растительных сообществ, отдельных видов животных и птиц, области эндемиков и т.д. Подобная информация может оказаться полезной для целей экологического образования или для туристских агентств, для получения дополнительных средств из фондов проектов и национальных программ, поощряющих развитие путешествий и экскурсий [21].

По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Беспамятное Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.-- JL: "Химия", 1985.

2) Витюк А.. Каря кип Е., Шемет В. Инструментальная геоинформационная система "МАПАв" для Windows.- Материалы конференции "Теория, технология, внедрение ГИС", ГИС-Форум-97, К.: ГИС-ассоциация Украины, с. 74-75.

3) Волосович А.Э. Тенденции развития ГИС.- Материалы конференции "Теория, технология, внедрение ГИС", ГИС-Форум-97, К.:ГИС-ассоциация Украины, с. 14-15.

4) Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Д.: "Химия", 1988

5) Вредные химические вещества. Неорганические соединения V- VIII групп: Справ, изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Л: "Химия", 1989

6) Гармаш Г.А. Накопление тяжелых металлов в почвах и растениях вокруг металлургических предприятий. - Новосибирск, 1985.

7) Геоинформатика: Учебник для ВУЗов/ Под ред. B.C. Тикунова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. Я 480 с.

8) Ильин В.Б., Степанова М.Д. Некоторые аспекты загрязнения среды: тяжелые металлы в системе почва-растение// Изв. СО АН СССР. - 1980. - Вып 3. - с.89-94

9) Исаченко Г.А. Отечественное экологическое картографирование: первые итоги// Изв. РГО. - 1992.

10) Королев Ю.К. Общая геоинформатика - М: «Академия», 2001 - 450 с.

11) Королев Ю.К Теоретическая геоинформатика - М.: «Академия», 2002-380 с.

12) Кошкарев A.B. Теоретические и методические аспекты развития географических информационных систем// География и природные ресурсы.

13) Марченко П.Б., Волосович А.Е., Косецкий П.И. Особенности внедрения ГИС - технологий. - Материалы НТК "Приборостроение- 96", Винница-Судак:, 1996, часть 1, с. И 7.

14) Майкл Н. ДеМерс Географические информационные системы. Основы. - Нью-Йорк, 1995 - 254 с.

16) Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.. "Мир", 1987.

17) Роджер Томлинсон. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем - Нью-Йорк, 1996 - 186 с.

18) Синяков В.Н. Картографирование природных и техногенных аномалий - М., 1986 г - 266 с.

19) Смиронов Л.Е. Геоэкологическое картографирование. - СПб., - 1994-55с.

20) Сорокина Е.П. Картографирование техногенных аномалий в целях геохимической оценки урбанизированных территорий // Вопросы географии. М., 1983. № 120. С. 55-67.