Введение к работе
Актуальность проблемы.
Сравнительно недавно важнейшими загрязнителями природной среды счи-ались, главным образом, пыль, оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, интетические органические вещества, радиоактивные _ изотопы. Однако в по-неднее десятилетие резко возрос интерес к тяжелым металлам, как к загрязните-ям, вызывающим проявления острых токсикозных эффектов. В настоящее вре-я, по оценкам ООН, тяжелые металлы занимают второе место по распростра-енности относительно других загрязнителей, уступая только пестицидам.
Среди группы тяжелых металлов особое место занимает свинец, поскольку ля всех городов России свинец является основным токсичным антропогенным гіементом. Являясь сильнейшим коммулятивным ядом и попадая в организм че-овека через дыхательные пути или с пищей, он имеет тенденцию накапливаться костях, печени, почках, в поверхностных тканях и не выводится из организма
0 конца жизни. Из большого опыта работ последних лет известна корреляция
іболеваемости населения, особенно детского, проживающего в местах с почвен-
ыми аномалиями свинца техногенной природы.
Выделяются два основных источника поступления свинца из атмосферы в оверхностный слой и почву - специализированные промышленные предпри-гия, деятельность которых приводит к локальным высококонцентрированным топлениям этого загрязнителя, и аэрозольные выхлопы автотранспорта, обра-лощиеся при сгорании этилированных бензинов в двигателях внутреннего сго-ания. Несмотря на то, что за последние 7-8 лет выбросы свинца от промышлен-ых источников в среднем по России снизились на 60 % вследствие сокращения эъемов производства, общие концентрации свинца снизились только на 41 %. бъясняется это тем, что снижение промышленных выбросов не сопровождается іижєниєм выбросов от автотранспорта. Последние вызывают широкое про-гранственное распределение тонкофракционного металлического свинца на го-эдских территориях и приводят к значительному увеличению вероятности попа-іния свинца в организм человека.
Поэтому изучение процессов миграции аэрозольного свинца и закономер-эстей его накопления на городских территориях является актуальным для оцен-
1 экологического состояния городской среды.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом 'едеральной Целевой Программы «Интеграция».
Целью работы являлось установление закономерностей загрязнения го-эдских территорий свинцом, необходимых для прогнозной оценки содержания шнца в почвогрунтах селитебных территорий при отсутствии почвенного мони-эринга, которая может быть использована для определения экологически небла-шриятных участков жилой зоны промышленного города.
Идея работы заключается в том, что процесс выпадения и накопления ме-іллического свинца зависит от особенностей городского ландшафта, и для про-юзной оценки свинцового загрязнения почвогрунтов жилой зоны промышлен-
ного города целесообразно использовать функциональные связи с ландшафтными характеристиками территорий.
Основные научные положения работы заключаются в следующем:
оценка содержания свинца в поверхностном слое почв жилой зоны городского ландшафта может быть произведена без использования данных почвенного мониторинга на основе анализа природно-климатических, архитектурно-планировочных и техногенных характеристик городского ландшафта;
распространение свинцового аэрозоля воздушными потоками во внутри-квартальные территории городских застроек зависит от вида источника загрязнения, и может быть оценено с помощью интегрального показателя, отражающего экранирующее влияние примагистральнои застройки на проникновение свинца вглубь квартала;
процесс переноса и накопления свинцовой пыли на городской территории от передвижных источников загрязнения происходит в водной среде поверхностного стока атмосферных осадков, в результате чего наиболее высокие концентрации свинца образуются в пониженных и застойных участках местности;
для оценки свинцового загрязнения почвогрунтов межмагистральных городских территорий от передвижных источников загрязнения может быть использовано понятие поверхностной плотности автомобильного движения, выраженной в свинцовом эквиваленте;
оценка содержания свинца в поверхностном слое почв жилой зоны городского ландшафта может быть осуществлена на основе анализа ландшафтно-однородных блоков, в пределах которых изменчивость рельефа выражена незначительно.
Новизна основных научных и практических результатов:
предложены математические модели для оценки содержания свинца в поверхностном слое почв городских территорий, отличающиеся учетом техногенных особенностей городского ландшафта;
предположен интегральный показатель в виде комплексной квартальной характеристики, отражающий экранирующее влияние квартальной ситуации на проникновение свинцового аэрозоля на межмагистральные территории;
установлены корреляционные зависимости свинцового загрязнения почв различных по композиционному решению участков жилой зоны городского ландшафта от характера транспортной нагрузки, квартальных характеристик и вертикальной планировки местности;
получены уравнения регрессии для определения величины свинцового загрязнения почв различных участков жилой зоны в зависимости от интенсивности движения автотранспортных средств, этажности и плотности примагистральнои застройки, высотных отметок местности;
- разработан принцип зонирования территории города по интенсивности
образования аэрозоля в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания в за
висимости от поверхностной плотности распределения автотранспортных
средств (АТС), выраженной в свинцовом эквиваленте;
- установлены закономерности динамики движения АТС г. Тулы для дорог
иных категорий, позволяющие оценить влияние передвижных источников за-
)язнения на накопление свинца в почвогрунтах жилой зоны.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под-їерждается:
. - обоснованным использованием методов математической статистики, тео-т вероятности и современных достижений в области программного обеспече-ля;
репрезентативным объемом данных почвенного мониторинга и земельно-) кадастра;
достаточным объемом наблюдений, проведенных в процессе исследовали динамики движения автотранспортных средств;
удовлетворительной сходимостью результатов, полученных по эмпириче-аш формулам, с фактическими данными накопления свинца в поверхностном юе почв городских территорий (отклонения не превышают 20 %).
Практическое значение работы.
Полученные зависимости для определения концентраций свинца в поверх-устном слое почв жилой зоны дают возможность производить оценку свинцово-I зафязнения городских территорий при отсутствии почвенного мониторинга. С змощью полученных регрессионных уравнений могут быть выявлены экологи-:ски неблагоприятные, с точки зрения свинцового загрязнения, участки жилой
1НЫ.
Установленные зависимости влияния квартальных характеристик, рельефа гстности и интенсивности движения автотранспортных средств на свинцовое фязнение почвофунтов городских территорий могут быть использованы при ізработке архитектурно-планировочных решений с целью минимизации влия-ія свинцового зафязнения на здоровье населения.
Доминирующая роль поверхностного стока атмосферных осадков в перено-: и седиментации свинца определяет необходимость регулирования этих про-хсов ливневой системой канализации.
Установленные закономерности динамики движения автотранспортных іедств позволяют произвести оценку зафязнения приземных слоев атмосферы Тулы от передвижных источников зафязнения расчетным методом.
Внедрение результатов исследований. Основные научные и практические :зультаты диссертационной работы переданы для использования в Тульское фекальное государственное унитарно-исследовательское геологическое предпри-ие, в Городской комитет по земельным ресурсам и землеустройству, в Главное іравление архитектуры и фадостроительства Тульской области, в Тульское іравление геодезии и кадастра государственного центрального топофафо-фкшейдерского предприятия «Центрмаркшейдерия», в ГИБДД г. Тулы. Теоре-іческие положения и практические рекомендации по оценке зафязнения по-рхностного слоя почв городских территорий свинцом, изложенные в работе, пользуются в учебных курсах: «Промышленная экология. Защита биосферы» и Экология» для студентов специальности «Охрана окружающей среды и рацио-ільное использование природных ресурсов».
Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом и отдельные её разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г. Тула, 1997-1999 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г.Тула, 1997-2000 гг.), научно-технической конференции «Тула историческая: прошлое и настоящее» (г. Тула, 1996 г.), Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности «Наука и экологическое образование. Практика и перспективы» (г. Тула, 1997 г.), Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности «Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы» (г. Тула, 1998 г.), Первой региональной конференции «Геоинформационные технологии в решении региональных проблем» (г. Тула, 1999 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения; изложена на 234 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы, 40 иллюстраций, список литературы из 205 наименований.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность к. т. н., доц. И. А. Басовой, к. т. н. доц. Ю. И. Серегину, за содействие и поддержку при проведении научных исследований и обсуждении полученных результатов. Автор диссертации также выражает признательность И. М. Сидоруку - начальнику Тульского управления геодезии и кадастра, В. Н. Симурзину - заведующему отделом экологии и математического моделирования ТулНИИГП, Н. М. Меркулову — начальнику управления ГИБДД УВД Тульской области, Ю. С. Паршину - начальнику Тульского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - за предоставленную информацию и ценные консультации при проведении научных исследований.