Оценка и картографирование качества окружающей среды в городе (Краснодар)

- ввод карт и редактирование картографической информации;

- построение топологии вводимых объектов, обеспечивающей проверку корректности вводимой информации (замкнутость площадных объектов, связанность, прилегание), выполнение запросов системы;

- работу с объектами карты, организацию взаимодействия с базой данных, формирование собственно ГИС-объектов, работу с ними;

- выполнение операций анализа (перекрытия, буферные зоны, слияние и т.п.);

- развитые возможности визуализации, оформления и вывода.

Общая схема системы оперативного геоинформационного картографирования представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структура системы оперативного геоинформационного картографирования [9]

Над ГИС существуют и формируются надстройки в виде интегрированных ГИС, включающих дополнительные базы данных и моделей и средства управления ими. ГИС встраиваются в общий процесс обработки информации на компьютерной технике с использованием разнообразного программного обеспечения и других данных [41].

3. Геоэкологическая характеристика города Краснодара

3.1 Природные условия города Краснодара

Муниципальное образование города Краснодар (до 1920 г. Екатеринодар) - административный, промышленный, деловой и культурный центр Краснодарского края [29].

Муниципальное образование гор. Краснодар расположено в зоне умеренно-континентального, степного климата с неустойчивым увлажнением.

Характерными её чертами являются: преобладание воздушных масс континентального происхождения, довольно высокие годовые амплитуды температур, жаркое сухое лето, малоснежная зима с частыми оттепелями.

Почвенный покров формируется обычно под совокупным воздействием материнских пород, рельефа, климата и растительности. Определенное влияние на процессы почвообразования оказывает и хозяйственная деятельность человека [9].

На основе данных, взятых с официального интернет-портала Администрации муниципального образования гор. Краснодар и городской думы Краснодар, в программе ArcGIS, я построил карту почв гор. Краснодар. Основным типом почв ландшафта Краснодара являются городские под садами и огородами, городские под многоэтажной жилой застройкой, городские под промышленной застройкой (рисунок 8).



Рисунок 7 - Краснодар. Общепринятое деление на микрорайоны [26]



Рисунок 8 - Типы почв гор. Краснодара (Карта построена по данным Администрации Муниципального Образования город Краснодар и Городской Думы Краснодара)

По характеру морфологии поверхность представляет собой низменную слабоволнистую равнину с очень маленьким уклоном на запад и северо-запад.

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой, его качественное состояние оказывает непосредственное воздействие на здоровье населения [29].

3.2 Размещение населения города

Население - важнейший объект социально-экономического картографирования. Оно отличается резкой дифференциацией территориального размещения, локализацией в местах проживания, труда и отдыха, прежде всего, в крупных городских агломерациях. Аспекты рассмотрения населения различными науками во многом определяют тематическую классификацию карт населения - выделение групп карт размещения населения и расселения, демографических, этнографических и социальных характеристик населения, трудовых ресурсов и занятости населения в отраслях хозяйства, условий жизнедеятельности, здоровья и заболеваемости населения. В каждой из групп карт выделяются различные их тематические разновидности - от общих до узкоотраслевых карт. Разнообразие видов и типов карт населения и задач, решаемых с их помощью, определяет многочисленность показателей и единиц картографирования. Основными являются показатели численности жителей (например, по населенным пунктам или территориальным единицам) или занятых (по отраслям хозяйства, по предприятиям и т.д.). Реже используются стоимостные показатели (заработная плата, доходы населения), нормативные и другие расчетные показатели (например, уровень обслуживания населения, влияние напряженности экологической обстановки на здоровье населения) [29].

Наиболее детальные единицы картографирования используются для обеспечения задач городского управления, локального планирования и проектирования объектов народнохозяйственного строительства. Для этих целей требуется характеристика населения по мельчайшим территориальным единицам, отдельным населенным пунктам или их частям (вплоть до отдельных строений). Выбор способов изображения на картах населения во многом диктуется задачами использования карт и выбранными единицами картографирования. Например, при составлении карты плотности населения можно применять картограммы по административным единицам. Для составления карт населения используют прежде всего статистические источники - переписи и данные текущего учета населения [29].

Численность населения города - 805 680 человек (2014 г.). В последнее время в Краснодаре отмечается увеличение рождаемости, снижение смертности и увеличение продолжительности жизни. В 2009 г., впервые за несколько последних лет, отмечен естественный прирост населения - 287 человек. В 2014 г. естественный прирост составил 4059 человек и возрос по сравнению с 2009 г. на 3772 человека [29].

Выбор способов изображения на картах населения во многом диктуется задачами использования карт и выбранными единицами картографирования. Например, при составлении карты плотности населения можно применять картограммы по административным единицам. Для составления карт населения используют прежде всего статистические источники - переписи и данные текущего учета населения [9].

На территорию гор. Краснодара мной составлены карты плотности и численности населения, в качестве единицы картографирования выбраны округа города как наиболее информативные единицы, хорошо иллюстрирующие пространственную структуру размещения населения города (рисунок 9; рисунок 10).



Рисунок 9 - Плотность населения по округам гор. Краснодара

Определяющим фактором роста населения после перестройки властями и специалистами называется не только приток экономических мигрантов со всего северокавказского юга России, Украины и стран Закавказья, но и приобретение жилья обеспеченными гражданами из районов Крайнего Севера и других регионов [29].



Рисунок 10 - Численность населения по округам гор. Краснодара

3.3 Экологическая ситуация в городе Краснодаре

Сегодня экологическая обстановка в гор. Краснодаре остаётся достаточно напряжённой, возникают всё новые и новые экологические проблемы города.

В гор. Краснодаре, можно отметить следующие основные экологические проблемы города:

- загрязнение почвы;

- загрязнение атмосферного воздуха;

- загрязнение воды.

Путь поступления загрязняющих веществ чаще всего один - выброс их промышленными предприятиями, коммунально-бытовым хозяйством и транспортом в атмосферу, воду и почву. Причём нормы по отдельным загрязнениям в городе нередко превышаются в 10 и более раз.

В целях стабилизации и улучшения экологической обстановки в городе «Росприроднадзор» рекомендует:

- подготовить порядок взаимодействия между органами Госконтроля (ГИБДД, транспортная инспекция, Госсанэпиднадзор);

- ограничить использование неэтилированного бензина;

- вводить более современные системы по очистке выбросов на предприятиях;

- усилить контроль за техническим состоянием автотранспорта;

- ускорить строительство экологических постов для замеров вредных примесей в выхлопных газах;

- развивать канализационную сеть города;

- прекратить применение пестицидов, не прошедших экологическую экспертизу [40].

4. Комплексная оценка комфортности проживания населения в городе

4.1 Методика создания ГИС «Городская среда»

Под комфортностью проживания населения на территории понимается оптимальное для индивида или популяции состояние окружающей среды, обеспечивающее ее способность адаптироваться к условиям проживания с наименьшими дополнительными затратами, при сохранении интеллектуальной и социальной активности. Оценка комфортности проживания на территории может определяться как на популяционном, так и на индивидуальном уровнях.

Комфортность проживания населения предлагается оценивать по трем группам факторов: природно-антропогенным, социальным и медико- экологическим [38] (рис.11) .

Рисунок 11 - Факторы комфортности проживания населения [38]

В современных исследованиях комфортность рассматривается преимущественно для жилищных и производственных, погодных и климатических условий. Комфортность окружающей среды регионов исследовалась в целях кадастровой оценки применительно к городским и рекреационным территориям. При этом отсутствует адекватная интерпретация понятия комфортности проживания населения на территории, а также показателей уровней комфортности, так как комфортность тесно связана с адаптационными возможностями организма человека и ценой адаптации.

В то же время среди принципов управления окружающей средой признаётся важным принцип комфортности окружающей среды. Комфортность понимается как система оценок условий жизнедеятельности, которая формируется на основе удовлетворения потребностей человека или населения. Так как оценка комфортности проживания носит отчасти субъективный характер, в связи с этим, ее значимость не следует преуменьшать. Уровень комфортности проживания населения на территории является показателем конечного эффекта воздействия на людей факторов окружающей среды. Таким образом, уровень комфортности наряду с показателями здоровья может рассматриваться как интегральный экологический критерий ситуации в регионе в целом [38].

ГИС «Городская среда» состоит из технологических и содержательных элементов.

Технологические элементы ГИС включают в себя следующее:

- аппаратные средства (компьютеры, периферийные устройства, локальные и глобальные сети);

- программное обеспечение (средства ввода и обработки географической информации, системы управления базами данных, средства поддержки географических запросов, анализа и визуализации, графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам и функциям);

- исполнители (разработчики, технические специалисты и конечные пользователи системы);

- методы (методика оперативного геоинформационного картографирования состояния городской среды; последовательность и содержание этапов) [9].

Для городских территорий наиболее предпочтительно составление серии взаимосвязанных карт с точки зрения детальности исследования, трудозатрат и наглядности. Составленная в едином масштабе и одном оформлении серия карт дает возможность с наименьшими усилиями отобразить все грани рассматриваемого явления и проста в восприятии [9].

В рамках данного исследования все созданные базовые карты представлены в виде двух блоков.

В блок геоэкологическая характеристика гор. Краснодара включены карты плотности и численности населения, а также описание природных условий и экологической ситуации в городе Краснодар.

В блоке комплексная оценка комфортности проживания населения представлены следующие карты: карта концентрации загрязняющих веществ гор. Краснодар; карта загрязнения водной среды гор. Краснодара; карта шумового загрязнения территории гор. Краснодара; карта транспортной доступности гор. Краснодара; карта функционального зонирования городской среды; карта фонового загрязнения атмосферного воздуха и индекс загрязнения атмосферного воздуха гор. Кранодара.

Построение серии таких карт дает возможность выявить территории, характеризующиеся повышенным уровнем загрязнения, и обратить на их исследование больше внимания [9].

4.2 Оценка природной комфортности проживания населения на территории города Краснодара

Город Краснодар расположен на Кубано-Приазовской (Прикубанской) низменности, на правом берегу реки Кубань, в 1539 км к югу от Москвы. На северо-востоке город Краснодар граничит с Динским районом, на западе - с Красноармейским районом Краснодарского края, на юге, по акватории реки Кубань, с Тахтамукайским районом Республики Адыгея, на востоке - с Усть-Лабинским районом Краснодарского края. Географические координаты исторического центра: 45° 2' северной широты и 39° восточной долготы.

Краснодар лежит в умеренном климатическом поясе, имеет черты субтропического типа. Зима мягкая, короткая (начало января - середина февраля), без устойчивого снежного покрова; средние температуры зимних месяцев от 0 до 2°С. Ежегодно под влиянием различных атмосферных факторов отмечаются значительные похолодания (до -15…-20°С) и значительные потепления (до 15…20°С), однако, длятся недолго. Лето длительное (начало мая - начало октября), жаркое, более влажное в мае - июне и достаточно сухое в июле - сентябре. Самый тёплый месяц - июль, его средняя температура 24,1°С. Часто в июле-августе случаются волны аномальной жары, когда температура воздуха поднимается до 40°С. За год обычно выпадает 700-750 мм осадков.

Максимум осадков наблюдается в июне и в ноябре-декабре, минимум - в августе. Среднегодовая температура 12,1°C, среднегодовая влажность воздуха - 71% [29].

Нынешний облик города обладает уникальным зеленым убранством в виде обширных парковых зон, садов, скверов, бульваров и аллей. Многие из них относятся к особо охраняемым природным территориям ввиду исторической и биологической ценности.

Водохозяйственный комплекс города, кроме реки Кубань и Краснодарского водохранилища, представлен сетью Карасунских озёр, прошедших трансформацию от речного придатка более крупной реки до обособленных водоёмов.

Столица Кубани является ключевым транспортным узлом юга России. Территорию города пересекают четыре направления железных дорог, две автодороги федерального значения, есть аэропорт и речной грузовой порт. В Краснодаре работают следующие виды транспорта: воздушный, железнодорожный, речной, автобусный, городской электротранспорт - трамвай и троллейбус.

Ко всему прочему, Краснодар - индустриально развитый город Юга России. В промышленном комплексе муниципального образования насчитывается более 130 крупных и средних предприятий. Основные направления - это приборостроение и металлообработка, производство строительных материалов, швейных и трикотажных, мебельных, табачных изделий, пищевых и сельскохозяйственных продуктов [29].

Наряду с наращиванием темпов экономического роста Краснодара, городскими властями проводится планомерная политика экологизации всех сфер общественной жизни, направленная на улучшение показателей качества городской среды.

Обеспечение экологической безопасности города, главным образом, заключается в следующем: определение стратегии развития муниципального образования в сфере охраны объектов животного и растительного мира, содействие модернизации промышленности с целью снижения ее негативного воздействия на окружающую среду, минимизация вреда наносимого транспортным сектором, налаживание системы утилизации твёрдых бытовых отходов и опасных классов веществ, экологическое воспитание молодёжи, а также предотвращение чрезвычайных ситуаций антропогенного характера [29].

4.3 Оценка качества окружающей среды в городе Краснодар

Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия среды жизни человека его потребностям. Окружающей человека средой являются природные условия, условия на рабочем месте и жилищные условия. От ее качества зависит продолжительность жизни, здоровье, уровень заболеваемости населения и т.д.

Нормирование качества окружающей среды - установление показателей и пределов, в которых допускается изменение этих показателей (для воздуха, воды, почвы и т.д.).

Цель нормирования - установление предельно допустимых норм (экологических нормативов) воздействия человека на окружающую среду. Соблюдение экологических нормативов должно обеспечить экологическую безопасность населения, сохранение генетического фонда человека, растений и животных, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов [44].

Нормативы предельно допустимых вредных воздействий, а также методы их определения, носят временный характер и могут совершенствоваться по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.

Основные экологические нормативы качества окружающей среды и воздействия на нее следующие:

Нормативы качества (санитарно-гигиенические):

- предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ;

- предельно допустимый уровень (ПДУ) вредных физических воздействий: радиации, шума, вибрации, магнитных полей и др.

Нормативы воздействия (производственно-хозяйственные):

- предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ;

- предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ.

Комплексные нормативы:

- предельно допустимая экологическая (антропогенная) нагрузка на окружающую среду [44].

Предельно допустимая концентрация (количество) (ПДК) - количество загрязняющего вещества в окружающей среде (почве, воздухе, воде, продуктах питания), которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК рассчитывают на единицу объема (для воздуха, воды), массы (для почвы, пищевых продуктов) или поверхности (для кожи работающих). ПДК устанавливают на основании комплексных исследований. При ее определении учитывают степень влияния загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

В настоящее время в нашей стране действуют более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.

При содержании в природном объекте нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом), учитывают их совместное воздействие.

При нормировании качества атмосферного воздуха используют такие показатели как ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, ПДК максимально разовую и ПДК среднесуточную [44].

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) - это максимальная концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДК_мр) - это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.). Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК_сс) - это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании.

При нормировании качества воды используют такие показатели, как ПДК вредных веществ для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов. Также нормируют запах, вкус, цветность, мутность, температуру, жесткость, коли-индекс и другие показатели качества воды [44].

Предельно допустимая концентрация» воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в) - это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [44].

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК_вр) - это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

При нормировании качества почвы используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в пахотном слое почвы. Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДК_п) - это максимальная концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, плодородие почвы, ее самоочищающую способность, соприкасающиеся с ней среды и не приводящее к накоплению вредных веществ в сельскохозяйственных культурах.

При нормировании качества продуктов питания используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в продуктах питания. Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вредного вещества в продуктах питания (ПДК_пр) - это максимальная концентрация вредного вещества в продуктах питания, которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) - это максимальный уровень воздействия радиации, шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. ПДУ - это то же, что ПДК, но для физических воздействий.

В тех случаях, когда ПДК или ПДУ не определены и находятся только на стадии разработки, используют такие показатели, как ОДК - ориентировочно допустимая концентрация, или ОДУ - ориентировочно допустимый уровень, соответственно [44].

Необходимо отметить, что существует два подхода к нормированию загрязнения окружающей среды. С одной стороны, можно нормировать содержание загрязняющих веществ в объектах окружающей среды, с другой стороны, - степень трансформации окружающей среды в результате ее загрязнения. В последнее время все чаще обращают внимание на недостатки первого подхода, в частности, применения ПДК для почв. Однако подход к нормированию качества среды по показателям ее трансформации (например, состояния биоты) практически не развит. По-видимому, лучше использовать оба подхода в сочетании друг с другом.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) или сброс (ПДС) - это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени разрешается данному конкретному предприятию выбрасывать в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Если в воздухе или воде населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, то по объективным причинам значения ПДВ и ПДС не могут быть достигнуты. Для таких предприятий устанавливаются значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и временно согласованных сбросов вредных веществ соответственно, и вводится поэтапное снижение показателей выбросов и сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ и ПДС [44].

4.3.1 Загрязнение воздушной среды

Мониторинг состояния атмосферного воздуха на территории муниципального образования гор. Краснодар осуществлялся муниципальным казенным учреждением гор. Краснодара «Служба по охране окружающей среды» на одном стационарном автоматическом посту контроля атмосферного воздуха (ПКЗ-2), расположенном в районе ул. Тургенева и Атарбекова, а также передвижным экологическим постом контроля (ПЭК). На втором стационарном автоматическом посту контроля атмосферного воздуха (ПКЗ-1), расположенном на ул. Постовой, 34, замеры уровня загрязнения атмосферного воздуха не проводились в связи с проведением плановой поверки средств измерений, установленных на посту и ремонтом вспомогательного оборудования.

На ПКЗ-2 отобрано и обработано 7776 проб атмосферного воздуха, концентрации загрязняющих веществ в которых представлены в таблице 1 [42].

Среднесуточная концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не превышала допустимых значений. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) составил 1,22, что свидетельствует о низком уровне загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения стационарного поста наблюдения.

С помощью передвижного экологического поста контроля (ПЭК) на 24 участках города Краснодара проведено обследование состояния атмосферного воздуха. Контролируемые участки выбраны согласно утвержденного маршрута отбора проб, основанного на ранее полученных данных об интенсивности транспортных потоков на основных магистралях муниципального образования город Краснодар, а также информации, поступающей от МКУ «Единая дежурная диспетчерская служба муниципального образования город Краснодар» и обращениях граждан [33] (таблица 2).

Таблица 1 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПКЗ-2 (2014 г.)

Вещество	СH	CH4	CHx	CO	H2S	NH3	NO	NO2	NOx	пыль
Средняя концентрация, мг/м^3	0,308	1,305	1,614	0,388	0,006	0,022	0,016	0,061	0,076	0,048
ПДК, ОБУВ	50	50	50	5	0,008	0,2	0,4	0,2	-	0,15

Таблица 2 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПЭК (2014 г.)

Вещество	СH	CH4	CHx	CO	NH3	NO	NO2	Nox	пыль
Средняя концентрация, мг/м^3	0,0664	0,773	1,528	1,051	0,006	0,009	0,032	0,041	0,113
ПДКм.р., ОБУВ	50	50	50	5	0,2	0,4	0,2	-	0,5

Рисунок 13 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПКЗ-2 (2014 г.)



Рисунок 13 - Средние концентрации загрязняющих веществ по данным ПЭК (2014 г.)

Концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в период наблюдений не превышала допустимых значений. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) составил 2,21, что свидетельствует о низком уровне загрязнения атмосферного воздуха на участках, обследованных с помощью передвижного экологического поста контроля.

Отмечается высокий уровень загрязнений атмосферного воздуха над территорией города, который создаётся за счёт выбросов от объектов теплоэлектроэнергетики, нефтеперерабатывающей, а также топливной и деревообрабатывающей промышленностей [33].

Наибольшее загрязнение испытывает промышленная зона города.

Проведена работа по отслеживанию состояния атмосферного воздуха на территории муниципального образования город Краснодар, с помощью испытательной (передвижной) лаборатории (ИЛ). За 2014 г. проведено обследование состояния атмосферного воздуха на 77 участках. Результаты обследования представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Средние концентрации загрязняющих веществ согласно данным ИЛ

Вещество	СH	CH4	CHx	CO	H2S	NH3	NO	NO2	NOx	SO2	пыль
январь	1,261	0,656	0,636	0,982	0,005	0,005	0,13	0,035	0,03	0,003	0,152
февраль	1,678	1,217	0,461	1,222	0,003	0,004	0,036	0,032	0,068	0,002	0,052
март	1,611	1,138	0,473	1,025	0,004	0,006	0,033	0,036	0,069	0,003	0,05
апрель	2,062	1,234	0,827	2,021	0,005	0,01	0,033	0,042	0,075	0,004	0,053
июнь	1,497	1,043	0,455	2,06	0,006	0,021	0,032	0,042	0,126	0,007	0,063
q ср, мг/м3	1,622	1,058	0,57	1,462	0,005	0,009	0,053	0,037	0,074	0,004	0,074
ПДКм.р., ОБУВ, мг/м3	-	50	-	5	0,008	0,2	0,4	0,2	-	0,5	0,5
q м , мг/м3	2,062	1,234	0,827	2,06	0,006	0,021	0,13	0,042	0,126	0,007	0,152
Доля ПДКм.р.	-	0,021	-	0,292	0,625	0,046	0,132	0,187	-	0,008	0,148

Рисунок 14 - Доли ПДК загрязняющих веществ в общем загрязнении атмосферного воздуха согласно ИЛ

Для полного представления загрязнения атмосферы города предприятиями необходимы анализ выбросов и концентрации загрязняющих веществ (мг/м³) и их картографирование.

Детальное изучение территориальных аспектов воздействия стационарных источников и транспорта на воздушную среду гор. Краснодара невозможно без картографического представления качества среды в городах. Например, без адресной карты, показывающей местоположение источников стационарных выбросов и улично-дорожную сеть, невозможно моделировать процесс рассеивания выбросов. Карты служат основным источником исходной информации. В виде карт могут быть представлены результаты математических расчетов.

Для создания необходимой карты были использованы данные со станции «ПКЗ» и ПЭК. В программе ArcGIS, c помощью интерполяции, осуществлённой методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние), я получил карту на точной географической основе (рисунок 15).

картографирование городской среда экологический



Рисунок 15 - Концентрация загрязняющих веществ воздушной среды гор. Краснодара

Уровни загрязнения воздушного бассейна в ходе проведения расчетов могут быть описаны в натуральных показателях - концентрациях вредных веществ (мг/м³) либо в нормированных показателях, характеризующих кратность превышения ПДК [9].

Наибольшее загрязнение воздушной среды наблюдается в центральной части города. В то время как в северо-восточной части концентрации загрязняющих веществ гораздо меньше. Это связано с тем, что в центральной части города находится большое количество зон промышленно-производственных предприятий. В воздухе содержится увеличенное количество двуоксида азота, сероводорода, фенола и др. веществ. Зимой это связано с работой ТЭЦ, котельных и других предприятий при повышенной нагрузке [44].

Уровень загрязнения воздуха в гор. Краснодаре значительно выше среднего по стране, особенно пятью веществами: бензапирен, формальдегид, фенол, пыль, двуоксид азота.

Анализ данных, поступивших с ИЛ, показал пороговые значения ПДК_м.р. сероводорода, средний показатель содержания которого в атмосферном воздухе на обследованных участках составил 0,005 мг/м³ (0,625 ПДК). Средняя за год концентрация сероводорода не превышает 1 ПДК [33].

Значительные концентрации сероводорода фиксировались на участках с открытыми решетками городских ливневых канализаций, где происходит активная эмиссия загрязняющего вещества в атмосферный воздух.

Значительное загрязнение происходит в результате нарушения технологических режимов, неэффективности и неисправности пылеулавливающего и газоочистного оборудования. По-прежнему неудовлетворительно выполняются воздухо-охранные мероприятия.

4.3.2 Загрязнение водной среды

Загрязнение водных ресурсов также является серьезной экологической проблемой муниципального образования город Краснодар.

Источниками загрязнения водных ресурсов являются:

- неочищенные сточные воды от промышленных предприятий;

- неочищенные хозяйственно-бытовые сточные воды от объектов жилья и социально-культурной сферы.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения цинка, меди, железа, а также аммонийный и нитритный азот, формальдегид и прочее.

Тревожным является тот факт, что часто в ливневый коллектор самовольно подключаются объекты производственной сферы, осуществляя при этом сброс неочищенных и неконтролируемых сточных вод.

В пределах гор. Краснодара и его окрестностей располагается ряд озёр, которые по своему происхождению делятся на две группы: старичные и искусственные. Старичные озёра имеют небольшую глубину и невелики по площади. К ним относятся Старая Кубань, Карасуны и др. Одной из проблем озёр является их заиление и заболачиваемость, для борьбы с которыми следует проводить систематические мелиоративные мероприятия. Финансовые затруднения не дают возможность это осуществить.

К искусственным озёрам относятся Краснодарское водохранилище, с вводом которого в 1973 г. должна была окончательно решиться задача устранения угрозы разрушительных наводнений. Этого не произошло. Идёт сильное заиление водохранилища и одновременно резкое ухудшение качества воды водохранилища [29].

Сейчас в воде во много раз увеличиваются предельно допустимые концентрации таких вредных веществ как соединения меди, железа, нефтяных углеводородов, нитратов, в результате чего нарушается газовый режим и кормовая база водоёмов. Краснодар по-прежнему является основным источником загрязнения реки Кубань.

Мной построена карта загрязнения водной среды гор. Краснодара с использованием круговых диаграмм (рисунок 16). На данной карте показаны основные местоположения источников загрязнения водной среды.



Рисунок 16 - Загрязнения водной среды гор. Краснодара

Сточные воды промышленных производств, бытовые канализационные стоки являются основной причиной интенсивного загрязнения гидросферы, насыщения вредными компонентами, приводящими к нарушению естественного биологического цикла, разрушению естественной среды обитания водных организмов. Значительные объемы сбрасываемых в водные объекты сточных вод с большой массой загрязняющих веществ отрицательно влияют на качество природной (поверхностной и подземной) воды [33].

Большие экологические последствия влекут за собой и снижение уровня грунтовых вод, расположенных близко к поверхности земли. Оно вызвано такими действиями, как уплотнение поверхности и покрытия ее асфальтом, нарушение условий постоянного стока в ручьях и малых реках.

4.3.3 Специфическое загрязнение городской среды Краснодара

Особую актуальность приобретает проблема загрязнения воздушного бассейна автомобильным транспортом, выбросы которого составляют 85,7% от валовых. В районах крупных автомагистралей города отмечается превышение допустимой нормы по углеводородам, оксиду углерода, двуоксиду азота от 1,5 до 7 раз [40].

Значительное увеличение числа автомобилей за последние несколько лет, возросшие объемы грузовых перевозок в черте города привели к чрезмерному возрастанию уровней транспортного шума в гор. Краснодар. К числу причин, также увеличивающих зашумленность территории следует отнести не совсем удачную организацию уличного движения и неудовлетворительное состояние дорожного покрытия на отдельных участках улиц [48].

Чтобы оценить степень шумового загрязнения в разных участках города, я выбрал улицы с наибольшим потоком машин: ул. Северная, ул. Красная, ул. Дзержинского, ул. Суворова, ул. Ставропольская, ул. Тургенева, Кубанская Набережная, проспект Чекистов, а также улицы со средними и наименьшим потоком машин. Уровень звука распространяется цилиндрически, так что уровень звукового давления остается одинаковым во всех точках, находящихся на равном удалении от линии источника, и уменьшается на 3 дБ с увеличением расстояния вдвое. Уровень звукового давления (Lp) на любом расстоянии (r, выраженное в метрах) от этого источника рассчитывается по уравнению 1:

, (1)

где Lw - измеренный уровень звука (дб).

Используя данное уравнение, я рассчитал уровень звукового давления. Степень шумового загрязнения на улицах с наибольшим потоком автомобилей примерно одинакова, также и на улицах со средним и наименьшим потоком автомобилей. Так как измерить звуковое давление на всей территории города Краснодар довольно трудоемкая работа, то я сопоставил свои данные с картой Яндекс пробки. Далее, в программе ArcGIS, я присвоил значения звукового давления каждой дороге в таблице атрибутов и с помощью инструмента Quantities (Graduated colors) задал цвета (рисунок17). Обозначение данных таким способом позволяет отобразить большее количество информации. Однако, это также может усложнить карту для восприятия.

Наиболее наглядно степень шумового загрязнения передает карта, построенная с помощью интерполяции, методом Inverse Distance Weighted - обратное взвешенное расстояние (рисунок18).

Рисунок 17 - Шумовое загрязнение территории гор. Краснодара



Рисунок 18 - Шумовое загрязнение территории гор. Краснодара

Наибольшее шумовое загрязнение наблюдается в северной части города. В то время как окрестностях города шум не превышает 60 дб. Это связано с тем, что характер шума зависит от потока машин. При большом потоке машин уровень шума сильно возрастает, приближаясь к предельно-допустимым нормам.

Шум приводит к повышению утомляемости, снижению умственной активности, неврозам, ухудшению зрения, росту сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Шумовое загрязнение присутствует не только на улице, работе, но и дома. Отчасти поэтому жители крупных городов чаще страдают сердечными заболеваниями, атеросклерозом - болезнью сосудов и нарушениями нервной системы. Разработаны нормы допустимых шумов. Так, допустимый шум у стен жилых домов днем 50 дб, а ночью 40 дб.

Шум, как экологический фактор приводит к 15% всех профессиональных заболеваний.

4.4 Социально-экономические факторы городской среды

Карты социально-экономического блока в основном базируются на информации, полученной с базой электронной картографической основы с использованием контуров застройки, границ административно-территориального деления, адресного плана и других базовых слоев.

Трудности, связанные с картографированием социально-экономических факторов, объясняются недостатком необходимой информации.

Социально-экономическая геоинформация носит межведомственный характер, как правило, отсутствуют специальные государственные или иные организации, отвечающие за сбор информации, по микрорайонам и отдельным организациям. Решить многие проблемы могли бы органы Комитета по статистике, ведущие демографическую и отраслевую статистику, а также проводящие переписи населения. Однако необходимые данные изначально группируются по административным районам, что делает их непригодными для задач внутригородского анализа и картографирования [10].

4.4.1 Транспортная доступность города Краснодара

Муниципальное образование город Краснодар в транспортном отношении является центром Краснодарского края, территориально-транспортного комплекса и входит в первую десятку стратегических транспортных узлов, обслуживающих транзитные грузопотоки и пассажиропотоки, следующие в направлении южных морских портов России и курортную зону Черноморского побережья. Через город Краснодар проходят автомагистрали федерального значения, 5 направлений железных дорог. На востоке города находится международный аэропорт, на юге - речной грузовой порт [29].

Кроме того, на муниципальное образование город Краснодар возлагается функция основного логистического оператора на оконечном участке международных транспортных коридоров, в первую очередь, транспортной ветви от госграницы с Финляндией и далее - Санкт-Петербург - Москва - Ростов-на-Дону - Краснодар - Новороссийск с ответвлением на Астрахань и выходом к южным воротам России - портам Новороссийск, Туапсе, Темрюк, Ейск, Сочи [29].

Для составления карты транспортной доступности гор. Краснодара были проведены следующие действия:

- определение местоположения остановок;

- приблизительное время (в минутах), которое потребовалось человеку, чтобы добраться до остановки.

Для обработки и анализа данных каждой остановке были присвоены несколько значений времени в минутах, которое требуется чтобы добраться нее [28]. С помощью ГИС-обработки было получено поле точек, каждой из которых было присвоено одно из этих значений. С помощью интерполяции, осуществлённой методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние), в программе ArcGIS была построена карта транспортной доступности округов города (рисунок 19).



Рисунок 19 - Транспортная доступность гор. Краснодара

Мы видим довольно доступный город по диагонали: с северо-запада на юго-восток, и включая весь юг; вместе с тем - крупные «ямы» в северной части. В центральной части города транспортная доступность составляет менее 9 минут. В то время как чем дальше от центра, тем транспортная доступность возрастает.

Это обуславливается близким расстоянием между остановками в центральной части города и близким расположением к домам.

В настоящее время пассажирские перевозки на территории муниципального образования город Краснодар осуществляются 23 предприятиями и 22 индивидуальными предпринимателями. Маршрутная сеть муниципального образования город Краснодар состоит из 15 трамвайных и 19 троллейбусных маршрутов, 74 городских и 47 пригородных автобусных маршрутов регулярного сообщения [29].

4.4.2 Функциональное зонирование городской среды

Основанный казаками в 1793 г. административный центр Краснодарского края - город Краснодар - является крупнейшим промышленным, транспортным, торговым, научным и культурным центром Юга России.

Город занимает выгодное экономико-географическое положение в Южном федеральном округе, расположен на важнейших транспортных магистралях, связывающих центр России с портами Черного и Азовского морей, а также курортами черноморского побережья Кавказа. В Юго-восточной части Краснодара расположено Кубанское водохранилище, построенное в 1973 г. для обеспечения выполнения производственных и мелиоративных мероприятий [29].

Территория в границах муниципального образования составляет 841,4 км², или 1,1% территории Краснодарского края. Город разделен на четыре внутригородских округа: Западный, Карасунский, Прикубанский и Центральный. В границах муниципального образования город Краснодар находятся 5 сельских округов и 29 сельских населенных пунктов.

Современный Краснодар - индустриальный центр. На 127 крупных и средних, а также многочисленных малых промышленных предприятиях работает около 50 тысяч человек, или свыше 11% всех занятых в экономике города. Ведущее место в структуре промышленности занимает пищевая, машиностроительная, металлообрабатывающая и легкая отрасли промышленности.

Промышленность города также представлена предприятиями электроэнергетики, строительных материалов, химии и нефтехимии, микробиологии и другими [29]. Учитывая особое геополитическое положение Краснодарского края на Юге России, город Краснодар стал одним из наиболее значимых городов Южного федерального округа и ежегодно подтверждает это результатами социально-экономического развития (рисунок 20).

Рисунок 20 - Функциональное зонирование городской среды [47]

 

Рисунок 21 - Легенда карты «Функциональное зонирование городской среды» [47]

Муниципальное образование город Краснодар - крупный культурный центр России. В городе функционируют Краснодарский государственный академический театр драмы, Краснодарский краевой театр кукол, Краснодарский государственный цирк, Краснодарский краевой художественный музей им. Ф. А. Коваленко, Краснодарский государственный историко-археологический музей-заповедник им. Е.Д. Фелицына, выставочный зал изобразительных искусств, спорткомплекс «Олимп» на 3000 мест, 5 парков, дендрарий, 2 аквапарка. В составе муниципального творческого объединения «Премьера» - Музыкальный театр (1933), концертный зал камерной и органной музыки, Дворец искусств, Театр классического балета Юрия Григоровича, Молодежный театр, Новый театр кукол, Театр ветеранов сцены (единственный в России) - всего 18 творческих коллективов. В состав Краснодарской краевой филармонии входят 14 исполнительских коллективов. Гордостью Краснодара является известный в стране и за рубежом Государственный кубанский казачий хор под управлением В. Г. Захарченко.

В городе расположен Краснодарский ботанический сад и лесопарк [29].

Количественная оценка загрязнения атмосферы выражается через концентрацию примесей. Концентрация примесей токсических веществ в атмосфере очень изменчива во времени и пространстве и зависит не только от непосредственного количества выбросов в результате хозяйственной деятельности человека, но и от загрязнения воздуха городов дымом от лесных пожаров и пылью во время суховеев и пыльных бурь [34].

Анализ данных измерений концентраций примесей в отдельных пунктах города за сутки, месяц, сезон и год позволяет выделить вещества, которые значительно превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) и в основном определяют высокое загрязнение воздуха. Обычно в каждом городе можно выделить до пяти таких веществ и общего количества, за которыми ведется наблюдение (аммиак, бензапирен, диоксид азота, метилмеркаптан, оксид азота, оксид углерода, сероуглерод, метиловый спирт, стирол, фенол, формальдегид, фторид водорода, твердые фториды, хлорид водорода, сажа и пыль) [34].

В настоящее время для оценки загрязнения атмосферного воздуха используется расчет индекса загрязнения атмосферы ИЗА₅. В основе его лежит суммирование средних значений концентраций примесей по отношению к ПДК по наиболее значимым ингредиентам:

при М = 5.

При необходимости оценки фонового загрязнения атмосферы в целом по городу (С_ф) может быть использована формула:

где С_у - расчет средней концентрации любого отдельного вещества по городу за сутки, месяц, год [34].

Для оценки экологической опасности мной составлена таблица 4, где малая степень опасности - при С_ф меньше - 1, умеренная - при 1-1,4, высокая при 1-3.

По данным таблицы 4 в программе ArcGIS были построены карты фонового загрязнения и индекса загрязнения методом IDW (inverse distance weighted - обратное взвешенное расстояние).

Таблица 4 - Оценка экологической опасности по функциональным зонам гор. Краснодара

Экологическая	Степень экологической	Фоновое загрязнение	Индекс загрязнения
зона	опасности	атмосферного воздуха	атмосферного воздуха
жилые зоны	Умеренная	1-1,4	5-7
общественно-деловые	Умеренная	1-1,4	5-7
зоны
Производственные	Высокая	1,5-3	7,2-14
зоны
Зоны рекреационного	Малая	Менее 1	менее 5
назначения
Зоны транспортной	Высокая	1,5-3	7,2-14
инфраструктуры
Зоны инженерной	Умеренная	1-1,4	5-7
инфраструктуры
Зоны сельскохозяйственного	Умеренная	1-1,4	5-7
назначения
Зоны особо охраняемых	Малая	Менее 1	менее 5
территорий
Зоны специального	Малая	Менее 1	менее 5
назначения



Рисунок 22 - Фоновое загрязнение атмосферного воздуха гор. Краснодара



Рисунок 23 - Индекс загрязнения атмосферного воздуха гор. Краснодара

Предлагаемый метод расчета показателя загрязнения атмосферы С_ф имеет преимущества перед ИЗА₅ в том, что он представляет не сумму средних значений концентраций веществ как ИЗА, а среднюю концентрацию всех пяти наиболее значимых ингредиентов. Это позволяет оценить во сколько раз среднее значение этих пяти ингредиентов превышает их ПДК [34]. Наибольшей природно-экологической комфортностью обладают парки, скверы и т.д. Территории с самыми низкими показателями природно-экологической комфортности проживания населения - производственные зоны (промышленно-производственные предприятия, зоны объектов транспорта и т.д.) и зоны транспортной инфраструктуры (автовокзал, железнодорожный вокзал, аэровокзал и т.д.).

Заключение

Крупный город представляет собой сложную территориальную систему, состоящую из двух основных подсистем: населения и городской среды. Такой подход требует комплексной оценки состояния городской среды, включающей системное рассмотрение структуры, взаимодействия и развития всех ее компонентов [9].

Охрана окружающей среды - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы (особенно это относится к городам, которые сами по себе, по сути дела, являются результатом этого воздействия). Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия [40].

В ходе проведенной работы исследован опыт картографирования состояния окружающей среды крупных городов, а также проанализированы современные методики геоинформационного картографирования в целях оценки качества городской среды; создана серия тематических карт, определяющих природные, экологические и социальные условия городской среды. Однако при этом возникают проблемы, связанные с поиском, сбором, хранением, обработкой, анализом и представлением географической информации.

Разработка и применение геоинформационной технологии позволяют решать эти проблемы. Таким образом, ГИС является не только исследовательским инструментом, но и интегральной основой для изучения городской среды и получения новых знаний [9].

Список использованных источников

1 Баранов, А. В. Социально-демографическое развитие крупного города [Текст] / А. В. Баранов. - М. : Финансы и статистика, 1981.

2 Барбаш, Н. Б. Методика изучения территориальной дифференциации городской среды [Текст] / Н. Б. Барбаш. - М. : ИГ АН СССР, 1986. - 182 с.

3 Батуев, А. Р. Картографическое обеспечение регионального развития [Текст] / А. Р. Батуев. - Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. док. геогр. наук - МГУ, Москва, 2003. - 50 с.

4 Белюченко, И. С. Экология Кубани. Часть II [Текст] / И. С. Белюченко. - Краснодар : Изд-во КГАУ, 2005. - 470 с.

5 Берлянт, А. М. Геоиконика [Текст] / А. М. Берлянт. - М. : Астрея, 1996. - 208 с.

6 Берлянт, A. M. Актуальные направления развития географической картографии [Текст] / А. М. Берлянт, С. Н. Сербенюк // Геодезия и картография. - 1989, - № 3. - С. 53.

7 Блануца, В. И. Окружающая среда: анализ коллекции определений и формирование системы понятий: «География и природные ресурсы» [Текст] / В. И. Блануца. - 1989, - № 4. - С. 132-140.

8 Богданов, В. Н. Геоинформационное картографирование городской среды [Текст] / В. Н. Богданов. - М. : «Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН», 2006.

9 Бондарчук, Е. А. Социально-экономическая информация в ГИС [Текст] / Е. А. Бондарчук // Инф. Бюл. ГИС-Ассоц. - 2001, № 2 (29) - 3 (30). - С. 36-38.

10 Верещака, Т. В. Экологические карты в системе карт для оптимизации окружающей среды [Текст] / Т. В. Верещака // Геодезия и картография. - 1991, - № 1. - С. 39.

11 Грачева, И. В. Городская среда: принципы и методы геоэкологических исследований [Текст] / И. В. Грачева. - Иркутск, 1990. - 223 с.

12 Жуков, В. Т. Научно-методические основы компьютерного геоэкологического картографирования. Геологическое картографирование [Текст] / В. Т. Жуков, Б. В. Новаковский. - Тез. докл. Всеросс. науч.-практ. конф. - Москва, 24 27 февраля, 1998. - С. 134-136.

13 Жуков, В. Т. Компьютерное геоэкологическое картографирование [Текст] / В. Т. Жуков, Б. В. Новаковский, А. Н. Чумаченко. - М. : Научный мир, 1999. - 128 с.

14 Зеленая энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: http://greenevolution.ru/enc/wiki/komfort-prozhivaniya/.

15 Информация по вопросам организации и осуществления экологического мониторинга на территории Краснодарского края [Электронный ресурс]. URL: http://dprgek.ru/content/section/376/detail/2179/. (дата обращения: 14.03.2015).

16 Исаченко, А. Г. Отечественное экологическое картографирование: первые итоги [Текст] / А. Г. Исаченко // Изв. Рус. Геогр. общества. - 1992. - т.124. - вып. 5. - С. 418-427.

17 Колесницкий, Н. Ф. История средних веков [Текст] / Н. Ф. Колесницкий // Т. 2. - М., 1952. - 237 с.

18 Костюк, Ю. Л. Комплексное экологическое картографирование [Текст] / Ю. Л. Костюк. - М. : Изд-во МГУ. - 1997. - 147 с.

19 Космачев, К. П. Проблемы экспертно-географического районирования [Текст] / К. П. Космачев // География и природные ресурсы. - 1987. - №1. - С. 18-25.

20 Кошкарев, А. В. Региональные геоинформационные системы [Текст] / А. В. Кошкарев, В. П. Каракин. - М. : Наука, 1987. - 126 с.

21 Краковский, А. И. Методологические проблемы статистики городской окружающей среды [Текст] / А. И. Краковский, С. П. Мукасьян, Г. И. Романова // Вестник статистики. - 1980. - № 12.