Актуальность проблемы
С развитием мегаполисов, постоянным расширением их границ, и хаотичным, необоснованным в достаточной мере территориальным делением земель, потенциальные рекреационные участки испытывают колоссальную антропогенную нагрузку и находятся в состоянии угнетения, постепенно переходя с экологической точки зрения в индустриальную функциональную зону. Для сохранения экосистем и рационального планирования развития городов необходимо уделять особое внимание функциональному назначению и режиму использования участков, являющимся основой зонирования и управления в сфере градостроительного освоения земель.
Геоэкологические оценки влияния различных антропогенных объектов на окружающую природную среду зачастую являются констатацией уровня негативного воздействия и не учитывают взаимосвязей с другими объектами как в границах техносферы, так и во взаимодействии с верхними горизонтами литосферы.
Параллельная реорганизация системы обращения с отходами в Российской Федерации и закрытие исторических полигонов бытовых отходов провоцируют резкое увеличение числа несанкционированных свалок и трудности при рекультивации существующих. Эти проблемы уже особенно остро стоят перед Ленинградской и Московской областями страны. Несмотря на тот факт, что полигоны бытовых и промышленных отходов после рекультивации являются подобием «термореакторов», в проектах рекультивации крайне редко встречаются прогнозные оценки воздействия свалочного тела на компоненты окружающей природной среды в будущем. Строительство мусоросортировочных и мусороперегрузочных станций, как звеньев оптимизации Территориальных схем обращения с отходами, учитывая особенности природоохранного законодательства, становится практически невозможным в рамках существующей планировки городов. Размеры санитарно- защитных зон не учитывают особенности взаимодействия антропогенных объектов, как частей техносферы, с поверхностными горизонтами литосферы, в том числе сопряженных территорий.
Разработка и обоснование моделей миграции потоков вещества (техногенного и природного) при условии рассмотрения объектов и территорий исключительно во взаимосвязи друг с другом являются единственным возможным методом обоснования состояния экосистем, находящихся «ниже по течению». Оперирование стандартным объемом геохимической информации, используемой в геоэкологических и инженерно-экологических изысканиях при характеристике геохимической связи, существующей в виде «потока» миграции веществ, как динамической составляющей геоэкологических систем, без необходимости проведения дополнительных трудоемких исследований при моделировании, становится основополагающим.
Цель исследования. Создание научно-методического базиса для геоэкологического зонирования территорий, антропогенно-модифицированных полигонами бытовых и промышленных отходов.
Основные задачи
- Комплексная геоэкологическая оценка влияния на окружающую среду антропогенно-модифицированных геоэкологических объектов различного генезиса: полигона твердых бытовых отходов, полигона складирования осадка сточных вод и бывшего золоотвала ТЭЦ.
- Использование методики предварительной подготовки и статистической обработки эколого-геохимических данных с целью повышения достоверности интерпретации.
- Анализ и применение инструментов математической обработки геохимических данных для выделения антропогенной нагрузки и моделирование ее распределения между различными геоэкологическими функциональными зонами.
- Прогноз распространения загрязнения в районах локализации полигонов бытовых и промышленных отходов различного генезиса.
- Выработка ряда рекомендаций по рекультивации полигона бытовых отходов «Новоселки».
Объект исследования. Представительные участки в рамках функционального геоэкологического зонирования территорий Санкт- Петербурга, выделяемые на основании близких геоморфологических, геологических и гидрогеологических условий по группам объектов, а также степени и вида антропогенного воздействия (Таблица 1).
Предмет исследования. Геоэкологическое зонирование территорий, антропогенно-модифицированных полигонами бытовых и промышленных отходов.
Методы исследования. Содержания химических элементов и веществ в пробах донных отложений, почв и грунтов определялись в лаборатории Ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Обсерватория экологической безопасности» методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) для тяжелых металлов. Определение бенз(а)пирена в почве и донных отложениях проводилось методом высокоэффективной жидкостной хроматографии при помощи хроматографа с флуориметрическим детектированием. Концентрации нефтепродуктов определялись флуориметрическим методом, согласно ПНД Ф 16.1:2.21-98, на анализаторе жидкости «Флюорат-02». Обработка данных велась с помощью программных пакетов Microsoft Excel 2015, SPSS, Statistica 11, Processing Modflow 8. Графическое представление результатов производилось в программных пакетах Voxler 3, Photoshop CS5, Surfer 12, CorelDraw X7.
Фактический материал. В диссертационной работе были использованы данные организаций и компаний, полученные в результате инженерных изысканий и научных исследований, которые проводил автор или принимал в них непосредственное участие: кафедра Экологической геологии, Институт
Наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет, 2009-2017;
ООО «Научно-технический центр «Технологии XXI века», 2006-2012;
ОАО «Особые Экономические Зоны Эксперт», 2009-2013. Также были использованы фондовые материалы многолетних исследований ФГУГП «Урангеологоразведка», Российский Геоэкологический Центр, ООО «Зеленый город», ООО «ТехноТерра», ГГУП СФ «Минерал», ФГУП «Севзапгеология».
Таблица 1 – Деление объектов исследования по группам и функциональным зонам
Научная новизна
1. Впервые проведена комплексная геохимическая оценка полигонов бытовых и промышленных отходов с учетом функционального зонирования и геоэкологических особенностей территорий.
2. Показано качественное улучшение интерпретации геохимических данных путем поэтапной детальной математической обработки. Доказана возможность интегрального разделения потока миграции вещества между функциональными зонами, выделение доли антропогенной нагрузки от рассматриваемого геоэкологического объекта или функциональной зоны в целом.
3. Представлена и обоснована методика создания геохимических моделей различных геоэкологических объектов и функциональных зон, позволяющая строить прогнозные оценки распространения загрязнения.
Нужна помощь в написании автореферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
4. Созданы модели взаимодействия верхних горизонтов литосферы мегаполиса и техносферы, представленной в рамках исследования объектами складирования отходов. Дан прогноз распространения загрязнения в районах локализации полигонов бытовых и промышленных отходов Санкт-Петербурга.
5. Представлен ряд дополнений и рекомендаций по рекультивации полигона бытовых отходов «Новоселки».
Теоретическая значимость. Разработанный метод оценки индивидуальных характеристик геоэкологического объекта, как многокомпонентной системы, на уровне цифровой геохимической информации без необходимости детальной интерпретации химических и физических процессов, происходящих в пределах верхних горизонтов литосферы, в значительной мере упрощает процесс градостроительного зонирования при разработке Генеральных планов мегаполисов.
Материалы и представленная в диссертации методика обработки и оценки геохимической информации могут быть использованы при проведении лабораторных и лекционных занятий студентов в таких курсах, как Статистический анализ геоэкологических данных, Геоэкология, Техногенные месторождения, Промышленная экология и др.
Практическая значимость. На примере разнородных антропогенно- модифицированных объектов демонстрируется возможность их геохимического выделения в пределах города. По результатам моделирования функциональных зон, наряду с оценками локального геохимического фона, появляется возможность обоснования корректировок проектов санитарно-защитных зон земельных участков относительно уже имеющихся категорий земель и режимов их использования.
Защищаемые положения
- Антропогенно-модифицированные геоэкологические объекты, представленные полигонами бытовых и промышленных отходов, являются подобными и имеют зональное геохимическое строение. Для их анализа применим универсальный базисный подход функционального зонирования, масштаб которого может варьироваться в зависимости от поставленных исследователем задач.
- Многомерный статистический анализ и сравнение геохимической информации различных функциональных зон позволяют установить качественные и количественные характеристики антропогенной нагрузки, выделить индикаторные элементы и отличительные парагенетические ассоциации.
- На примере разнородных антропогенно-модифицированных объектов разработана и апробирована методика интегрального разделения потока миграции вещества между функциональными зонами мегаполиса.
- Проект рекультивации полигона бытовых и коммунальных отходов должен быть направлен на создание производственного кластера замкнутого цикла – Экотехнопарка.
Личный вклад. Автор сформулировал совместно с научным руководителем цель и задачи диссертации, разработал план и структуру исследования, собрал и проанализировал литературные и фондовые материалы, получил и обработал геохимические данные, составил картографические материалы, составил комплексные модели окружающей природной среды областей исследования, разработал структуру и план реализации Экотехнопарка на базе объекта с накопленным экологическим ущербом, сделал обобщения, выводы и практические рекомендации.
Апробация работы. Основные результаты научной работы и перспективность отдельных этапов исследований доказывались и обсуждались: на международной молодежной конференции «Науки о Земле и цивилизация» (Санкт-Петербург, 2012 г., диплом I степени); на межвузовской молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2012 г., диплом II степени); на 3-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2013 г., диплом I степени); на XII конференции студенческого научного сообщества
«К 80-летию Геологического факультета СПбГУ: Геология в различных сферах» (Санкт-Петербург, 2013 г.); на VI международной конференции «Геология в развивающемся мире — 2013» (Пермь, 2013 г.); на IX научно-практической конференции молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве»; XII Ciclo Anual de Conferencias del Departamento de Geografía, Universidad Nacional de Colombia (Bogota, Colombia, 2014).
Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных изданиях, в том числе одном из ведущих мировых журналов в области исследований и охраны окружающей среды (Environmental Pollution, 5-year impact factor 5,552, SJR 1,786) и трех журналах из перечня ВАК.
Результаты работы нашли применение и были высоко оценены в международных проектах зарубежных коллег, в которых автор принимал непосредственное участие при поддержке внутренних грантов СПбГУ:
- 55.1143.2014 Научно-методическое обоснование критериев устойчивости экосистем в пределах воздействия антропогенно- модифицированных геологических тел (горнодобывающей промышленности) и разработка рекомендаций по рационализации природо- и недропользования (Национальный Университет Колумбии, Факультет Географии, Богота, Колумбия, 2015);
- 55.1343.2015 Оценка воздействия химических веществ и отходов на почву (в основном в Средиземноморье и Тропических системах) и интеграция на схемы оценки экологического риска загрязненных почв. Оценка экологических рисков использования органических отходов в качестве почвенного удобрения (Центр Функциональной Экологии, Факультет Наук и Технологий, Университет Куимбры, Куимбра, Португалия, 2015);
- 23.1883.2015 Интегральная оценка динамических процессов в земной коре. Сейсмические исследования поверхностных процессов в земной коре и исследования процессов транспорта осадков в высокоактивных водосборах (Секция 5.1. Геоморфология, Немецкий исследовательский центр Наук о Земле им. Гельмгольца, Потсдам, Германия, 2015).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, заключения, шести глав и приложений, содержит 162 страницы текста, 67 рисунков, 34 таблицы и список литературы, включающий 120 наименований, из которых 67 русскоязычные и 53 иностранные.
Работа соответствует отрасли географических наук специальности ВАК – Геоэкология (науки о Земле) согласно следующих подпунктов исследований: 1.10-1.12., 1.14., 1.16.-1.17. Учитывая комплексность представленной в работе методики, отдельные ее аспекты также могут быть применены для решения задач в области исследований подпункта 15.
II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Антропогенно-модифицированные геоэкологические объекты, представленные полигонами бытовых и промышленных отходов, являются подобными и имеют зональное геохимическое строение. Для их анализа применим универсальный базисный подход функционального зонирования, масштаб которого может варьироваться в зависимости от поставленных исследователем задач.
В соответствии с принципами геоэкологии полигоны бытовых и промышленных отходов рассматриваются исключительно во взаимосвязи с окружающей средой, как совокупность абиотических компонент литогенной сферы, биоты и человека, находящихся в системе постоянных функциональных взаимосвязей. В данной системе центральное место отводится антропогенно- модифицированному телу, сложенному био- и геохимическими техногенными грунтами различного генезиса, процессы преобразования и трансформации которых приводят к интенсивной миграции поллютантов в окружающую среду: твердые коммунальные отходы (пищевые и упаковочные отходы, тара, макулатура, бытовой и офисный мусор) – полигон «Новоселки», осадок сточных вод (твердая фракция сточных вод, состоящая из органических, минеральных веществ и комплекса микроорганизмов (избыточный активный ил) – полигон «Северный», золошлаки (продукты сжигания твердого топлива) – золошлаковый отвал ТЭЦ-2. Таким образом, полигоны бытовых и промышленных отходов представляют собой антропогенно-модифицированную геоэкологическую систему, включающую геоэкологический объект природно-техногенного генезиса, подстилающие материнские породы и прилегающие территории.
В рамках настоящей работы каждая из выборок геохимических данных анализируется: внутри элементарной площадки (части функциональной зоны, I уровень), внутри подгруппы элементарных участков (функциональной зоны, II уровень), группы площадок (тип подстилающих пород, III уровень) и генеральной совокупности в целом (сравнение с выборками из других объектов/подгрупп/групп, IV уровень).
Первые два уровня масштабирования связаны с имеющейся системой функционального зонирования в Генеральном плане Санкт-Петербурга. Третий уровень — группы площадок, которые выделяются в зависимости от подстилающих материнских пород, распространенных на территории исследования: морские и озерные отложения (слоистые и ленточные глины и суглинки) – преимущественно первая группа объектов; современные озерные и аллювиальные отложения (средние и крупнозернистые пески и супеси) – преимущественно вторая группа объектов; органогенные породы (торф) – представлены в обеих группах. Таким образом, в получаемую посредством анализа образцов почв и грунтов геохимическую информацию интегрируются количественные и качественные характеристики абиотической составляющей. Многослойный пробоотбор (0,0-0,2, 0,2-1,0, 1,0-2,0, 2,0-3,0 м) позволяет учесть при анализе геохимической информации как горизонтальную, так и возможную вертикальную дифференциацию.
Фактическая оценка уровней химического загрязнения территорий полигонов бытовых и промышленных отходов основывалась на сравнении имеющегося загрязнения с региональным и локальным для объектов фоновыми геохимическими уровнями, а также предельно допустимыми концентрациями (ПДК).
На территории полигона бытовых отходов «Новоселки» концентрации поллютантов во всех исследуемых горизонтах сохраняются на устойчиво высоких уровнях, превышая ПДК по отдельным элементам до 50 раз: Pb – 1580 мг/кг, As – 80 мг/кг, Cd – 24 мг/кг, Zn – 1000 мг/кг, Ni – 300 мг/кг, Cr – 10 000 мг/кг, бенз(а)пирен – 0,27 мг/кг. По степени химического загрязнения грунты территории полигона «Новоселки» во всех горизонтах соответствуют «чрезвычайно опасной» категории загрязнения: содержание органических соединений первого класса опасности превышает 5 ПДК, суммарный показатель загрязнения с учетом токсичности (Zc) поллютантов принимает величины более 128 (Рисунок 1).
На территории полигона складирования осадка сточных вод «Северный» значения Zc значимо меньше фиксируемых на территории свалки и варьируются от 3,3 до 820 в верхних горизонтах 0,0-0,2 м и 0,2-1,0 м: Pb – 111 мг/кг, As – 20 мг/кг, Cd – 50 мг/кг, Zn – 1000 мг/кг, Ni – 105 мг/кг, Cr – 206 мг/кг, бенз(а)пирен – 0,07 мг/кг. При этом, на глубине 2,0-3,0 м превышения ПДК зафиксированы только по As в 2 раза, Cd в 9 раз, Zn в 3 раза. Ореол загрязнения локализован в горизонтах до глубины 1 м в «старой» северо-западной части иловых площадок (Рисунок 1).
На прилегающих к полигонам территориях донные отложения в р. Черная, также как и поверхностные воды, загрязнены тяжелыми металлами. Источником загрязнения являются свалочные массы полигона ТБО «Новоселки».
На территории золошлакового отвала ТЭЦ-2 значения Zc относительно эталонного для второй группы объектов Полюстровского парка и региональных фоновых значений соответствуют высокому показателю загрязнения (Рисунок 2).
Нужна помощь в написании автореферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подобно иловым площадкам полигона «Северный» загрязнение тяжелыми металлами территории золоотвала локализовано в верхних горизонтах грунтов до глубины 3 м. Концентрации по отдельным элементам превышают предельно допустимые значения до 10 раз: Pb – 140 мг/кг, As – 3,6 мг/кг, Cd – 1,2 мг/кг, Zn – 290 мг/кг, Ni – 19,4 мг/кг, Cr – 28,7 мг/кг, Cu – 200 мг/кг, бенз(а)пирен – 0,164 мг/кг. Из-за значительных превышений ПДК по бенз(а)пирену в северной части на глубине 3 метров грунты также соответствуют «чрезвычайно опасной» категории загрязнения. По остальным поллютантам на глубинах более 3 метров концентрации близки к фоновым и не превышают их.
Результаты канонического анализа общих выборок по группам объектов исследования подтвердили расхождения между центроидами подгрупп элементарных участков (I-II уровень масштабирования), значимые различия в геохимических данных и зональность строения как отдельных антропогенно- модифицированных геоэкологических объектов различного генезиса, так и территорий мегаполиса (Рисунок 3).
Учитывая близкое расположение полигонов «Новоселки» и «Северный», а также функциональных зон первой группы объектов, демонстрируется применимость математического подхода в обработке геохимической информации – создание обучающих выборок на уровне разграничения отличительных признаков геоэкологических объектов различного генезиса в пределах одной функциональной зоны. Группы проб расположены достаточно компактно, что подразумевает независимость химических опознавательных признаков промышленной функциональной зоны от рекреационной и перспективность создания геохимических моделей.
Полученные фактические и аналитические результаты геоэкологической оценки, согласно используемой в работе концепции соотношения геохимических матриц исследуемых территорий и антропогенно- модифицированных геоэкологических объектов, полностью совпадают с графиком потока миграции вещества между функциональными зонами (Dubrova, Kurilenko, Podlipskiy, Siabato, 2015).
Универсальность применения предложенного многоуровневого деления геохимической матрицы для анализа подтверждается высокими коэффициентами корреляции внутри каждой из зон, которые не принимают значения меньше 0,8 вне зависимости от типа подстилающих материнских пород.
2. Многомерный статистический анализ и сравнение геохимической информации различных функциональных зон позволяют установить качественные и количественные характеристики антропогенной нагрузки, выделить индикаторные элементы и отличительные парагенетические ассоциации.
Анализ результатов первоначальной математической обработки данных и углубленной описательной статистики распределения тяжелых металлов и органических поллютантов в почвах и грунтах объектов исследования различных функциональных зон, а также искусственная максимизация отличительных свойств путем сравнения между собой геохимических рядов поллютантов относительно регионального и локального геохимического фона рекреационных зон позволяют выделить индикаторные элементы для каждого из антропогенно-модифицированных геоэкологических объектов. Основными приемами являются усиление контрастности (метод мультипликации) промышленной, селитебной, рекреационной функциональной зоны и анализ устойчивости тренда изменения местоположения маркерных элементов в геохимических рядах поллютантов с увеличением глубины.
На исследуемых объектах всех функциональных зон изменения местоположения элементов в геохимических рядах можно считать незначительными и связанными с привносом поллютантов из воздушной среды. Для полигона ТБО «Новоселки» маркерными элементами выступают As, Ni и Cr; для иловых площадок полигона «Северный» – As, Ni и Cr; для золошлакового отвала ТЭЦ-2 – Hg, Co, Ni, Cr.
Приемы многомерного статистического анализа без детализации физических и химических процессов, происходящих в поверхностных горизонтах литосферы, позволяют создать упрощенные геохимические
«портреты» различных геоэкологических объектов и функциональных зон, выделить индикаторные элементы, характерные для каждого из них. Цель данного этапа обработки данных – создание базисных обучающих выборок объектов исследования, используя стандартный для инженерно-экологических изысканий объем геохимической информации.
Применение факторного и кластерного анализа позволяет находить скрытые закономерности и редуцирует информацию путем описания процесса факторами, число которых значительно меньше первоначальных признаков. Полученные в результате обработки парагенетические ассоциации содержат в себе отличительные признаки исследуемых объектов и структуру взаимосвязей между переменными, свойственную каждой из функциональных зон (Таблица 2).
Таблица 2 – Сводная таблица парагенетических ассоциаций элементов и соединений в почвах и грунтах исследуемых территорий всех функциональных зон
Факторный анализ литогеохимической матрицы рекреационной зоны позволяет выделить ассоциации, в которых присутствуют элементы, свидетельствующие о техногенной нагрузке различной по природе и практически не имеющей индивидуальных черт. Такой тип неспецифического воздействия низкой интенсивности является нормальным городским фоном. Наличие в ассоциации Cd и Hg говорит о том, что рекреационные зоны в настоящее время находятся в краевых областях литогеохимических аномалий других функциональных зон и являются буферными или зонами рассеивания (самоочищения) поллютантов. На распространение и миграцию элементов и органических соединений на всех исследуемых площадках влияют три значимые фактора, зависящие как от концентраций поллютантов в свалочных телах, так и от реакции, в определенных физико-химических условиях, с минеральными и органическими компонентами почв и грунтов.
Проверка качества выделения парагенетических ассоциаций и маркерных элементов производится с применением дискриминантного анализа. Составляются обучающие выборки по функциональным зонам и объектам исследования, учитывающие значимость каждого из предиктов. Выборки по типу подстилающих материнских пород компилируются в модели, содержащие отличительные геохимические черты техногенной нагрузки от антропогенно- модифицированного геоэкологического объекта определенного генезиса (Таблица 3). Учитывается также качественный состав не вошедших в модель переменных – незначимых или сигнал по которым в промышленной зоне слабее, чем в рекреационной.
Таблица 3 – Дискриминантный анализ. Сводная таблица переменных геохимических моделей промышленной, селитебной и рекреационной зон
Дискриминантный анализ в рамках подхода функционального зонирования позволяет классифицировать каждую пробу согласно вероятности ее принадлежности к одному из классов конечных членов проецированием пробы на разграничивающую их ось. Процесс моделирования включает в себя определение и дифференциацию качественных характеристик антропогенной нагрузки на основе распознавания геохимических образов функциональных зон. Центроид («центр тяжести» геохимического образа) рекреационной зоны представляет собой вероятность, равную 0% членства в классе антропогенной нагрузки, а центроид геохимической модели промышленной зоны представляет вероятность, равную 100% членства в классе антропогенной нагрузки. При правильном подборе эталонных обучающих выборок и их проверке приемами кластерного анализа, карта вероятностей, то есть подобие прогнозной интегральной оценки антропогенного воздействия, может быть смоделирована на любой из функциональных зон.
3. На примере разнородных антропогенно-модифицированных объектов разработана и апробирована методика интегрального разделения потока миграции вещества между функциональными зонами мегаполиса.
На заключительном этапе обработка геохимических данных с целью повышения показателя контрастности литогеохимических аномалий и минимизации уровня «шума» проводится с применением метода мультипликации. Поскольку техногенные литогеохимические аномалии неизменно являются комплексными, увеличение их контрастности достигается путем перемножения содержаний элементов геохимических парагенетических ассоциаций, состав которых устанавливается в процессе факторного и кластерного анализа.
Нужна помощь в написании автореферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
По результатам проведенной обработки с целью подтверждения наличия геохимической генетической связи в ряду функциональных зон «рекреационная жилая промышленная» было сделано усиление и осуществлено картирование поверхностных мультипликативных аномалий выделенных парагенетических техногенных геохимических ассоциаций в цепочке взаимосвязи функциональных зон не связанных элементарных площадок.
Коэффициенты мультипликации геохимических ассоциаций промышленной зоны были отображены на территории собственно промышленной площадки, селитебной и рекреационной зоны в нисходящем потоке (Рисунок 5). Подобное графическое представление и регенерация геохимической информации позволяют по-новому взглянуть и произвести комплексную оценку периферийных границ зон стресса/кризиса/бедствия. Выделение участков, отличающихся плотностью техногенной нагрузки, ее функциональной направленностью, является основой прогноза экологического состояния компонентов природной среды.
Карты мультипликации выступают в качестве аналитического инструмента для прогнозных оценок миграции поллютантов и являются дополнением к вероятностным геохимическим картам распределения антропогенной нагрузки. Последние составляются по результатам дискриминантного и канонического анализа, то есть основываясь на обучающих выборках и геохимических моделях полигонов промышленных и бытовых отходов.
Эффективность метода наглядно прослеживается в сравнении с результатами первоначальной геохимической оценки. Прогноз совпадает с фиксируемым распространением загрязнения посредством поверхностных водотоков, выделяя из потока миграции вещества исключительно антропогенную нагрузку промышленной функциональной зоны, в данном случае
Вероятности наличия антропогенной нагрузки от полигона «Новослеки» наблюдаются вдоль обводных канав полигона, по руслу реки Черная в юго- западном направлении по понижению рельефа и локализуются до глубины 2-х метров. Северо-восточнее полигона осадков сточных вод повышения вероятностной оценки наблюдаются в области торфяных болот.
Сравнивая распределение вероятностей с результатами геоэкологической оценки селитебной зоны второй группы объектов, можно также отметить высокую степень уточнения контрастности антропогенной составляющей.
После детального описания существующей геохимической обстановки в промышленных функциональных зонах вся геохимическая информация накладывалась на модели строения верхних горизонтов литосферы территорий исследования. Был составлен прогноз миграции поллютантов на прилегающие территории и в нижележащие водоносные горизонты. Результаты гидрогеологического моделирования распространения загрязнения в горизонте поверхностных отложений (Рисунок 7) совпадают с вероятностными оценками (Рисунок 6) и подтверждают перспективность использования предложенной в работе методики интерпретации геохимической информации.
Несмотря на то, что подстилающими полигоны «Новоселки» и «Северный» являются суглинки и ленточные глины, уже через 25 лет возможна значимая миграция поллютантов в Московско-осташковский межморенный водоносный локально-водоупорный горизонт («Полюстровский» горизонт) в количествах более чем в 5 раз превышающих фоновые.
На территории золоотвала ореол загрязнения и его прогнозное распространение значительно меньше. Это объясняется отсутствием поверхностных водотоков, значимо меньших концентраций тяжелых металлов и органических поллютантов в свалочном теле и частичной рекультивации в период строительства на его месте жилых комплексов. Прогнозные концентрации индикаторных элементов в Полюстровском горизонте в два раза превышают фоновые значения.
4. Проект рекультивации полигона бытовых и коммунальных отходов должен быть направлен на создание производственного кластера замкнутого цикла – Экотехнопарка.
Полученные результаты геоэкологической оценки состояния компонентов природной среды позволяют говорить о наиболее значимых моментах в рекультивации полигона ТБО «Новоселки». Комплекс решений должен включить в себя три направления: инженерно-технический этап, биологическую рекультивацию и создание Экотехнопарка. Последнее является крайне актуальным из-за отсутствия на сегодняшний день альтернативных мест утилизации и захоронения отходов в северной части города, что может спровоцировать рост стихийных свалок.
На инженерно-техническом этапе террикон свалки выравнивается и закрывается изолирующим слоем. Должны быть построены система и станция дегазации, локальные очистные сооружения в целях минимизации миграции поллютантов в поверхностные водотоки. Это позволит уменьшить ореол загрязнения на несколько сотен метров в юго-западном направлении относительно прогнозных оценок. На этапе биологической рекультивации будет восстановлен плодородный слой почв и полигон будет облагорожен посадками многолетних растений. Принятые в существующем проекте рекультивации решения полностью совпадают с рекомендованными автором. Этап создания
Экотехнопарка выходит за рамки предполагаемых действий и является стратегической задачей, реализация которой должна выполняться совместно с новыми инвестиционными программами в сфере обращения с отходами. Основными модулями Экотехнопарка станут: комплекс по мусоросортировке (извлечение вторичного сырья) и цементный завод (значительное уменьшение объемов мелкой фракции и «хвостов» путем сжигания). Строительство последнего должно выполняться с учетом создания замкнутой энергосистемы со станцией дегазации свалочных газов южнее полигона ТБО «Новоселки»
Реализация проекта рекультивации и строительство Экотехнопарка может стать первой практикой создания в России многопрофильного производственного кластера замкнутого цикла. Развитие производственных площадок на базе объектов с накопленным экологическим ущербом, к которым относятся полигоны бытовых и промышленных отходов, позволит оптимизировать функциональное зонирование территорий мегаполисов и выведет управленческие решения на качественно новый уровень.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Таким образом, в результате проведенных исследований:
Нужна помощь в написании автореферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
1. На основе комплексной геоэкологической оценки выделены значимые различия уровня и характера антропогенной нагрузки в функциональных зонах Санкт-Петербурга. Доказана перспективность зонального рассмотрения геоэкологических объектов различного генезиса. В рамках функционального зонирования территорий города созданы подробные геохимические ряды поллютантов и трехмерные геохимические модели областей исследования каждой из зон.
2. Представлена многоэтапная методика обработки стандартного для инженерно-экологических изысканий объема геохимической информации. Выделены индикаторные поллютанты для каждого из антропогенно- модифицированных геоэкологических объектов и парагенетические ассоциации для функциональных зон. Доказана возможность количественного и качественного разделения естественной и антропогенной компонент потока миграции вещества. Выделение и интегральная оценка потоков миграции вещества с применением анализа геохимических данных грунтов отвечает принципам составления Генерального плана города и позволяет применять четко выстроенную последовательность действий для оценки объектов различного масштаба: от конкретного земельного участка до территории мегаполиса или муниципального района.
Основные результаты исследований легли в основу политики развития компании ООО «ПРОФСПЕЦТРАНС» (Полигон ТБО, Ленинградская область, Волосовский район, Калитинское сельское поселение, возле дер. Калитино), а также были применены в проекте модернизации существующего объекта размещения отходов.
3. Описана поэтапная методика увеличения детализации геохимических «портретов» антропогенно-модифицированных объектов и создания обучающих геохимических выборок с целью прогнозирования перемещений функциональных зон и изменение их контура. Составлен прогноз распространения загрязнения с территорий полигонов бытовых и промышленных отходов Санкт-Петербурга. Построена геохимическая модель миграции вещества в антропогенно-модифицированных геоэкологических объектах и на прилегающих к ним территориях с учетом природных характеристик и типа использования, то есть с применением функционального геоэкологического зонирования. Представлен ряд дополнений и рекомендаций по рекультивации полигона «Новоселки».
4. Проведен анализ стадий рекультивации полигона ТБО «Новоселки» и решений по их реализации. Представлена возможная структура производственного кластера замкнутого цикла, как заключительной стадии рекультивации полигона, с учетом особенностей существующей Территориальной схемы обращения с отходами.
Основные положения исследований нашли отражение в резолюции Экспертного совета по развитию промышленности и инновационных технологий по переработке отходов производства и потребления (г. Москва, Государственная Дума Федерального Собрания Российской Федерации) от 16 мая 2018 года.
III. Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Dubrova S.V. Functional city zoning. Environmental assessment of eco- geological substance migration flows / Podlipskiy I.I., Kurilenko V.V., Siabato W.
// Environmental Pollution. – 2015. – № 197. – P. 165-172. DOI: 10.1016/j.envpol.2014.12.013. (0.5/0.924 п.л.).
2. Дуброва С.В. Статистический анализ загрязнения территории при экологическом картографировании / Иванюкович Г.А., Зеленковский П.С.
// Экология и промышленность России. – 2016. – № 20-1. – С. 37-41. DOI:10.18412/1816-0395-2016-1-37-41. (0.2/0.578 п.л.).
3. Дуброва С.В. Эколого-геологическая оценка парагенетических геохимических ассоциаций поллютантов полигонов бытовых отходов Ленинградской области / Подлипский И.И. // Вестник Санкт- Петербургского университета. Серия 7. Геология. География. – 2014. – № 1.
– С. 22-35. (0.7/0.806 п.л.).
4. Дуброва С.В. Оценка геоэкологического состояния полигона ТБО поселка Красава Тихвинского района Ленинградской области / Жданов С.В.
// Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Серия Естественные и точные науки. – 2012. – № 153-2.
– C. 110-113. (0.9/0.370 п.л.).
5. Дуброва С.В. Проблемы комплексной оценки загрязнения в геологической среде // Экологические проблемы управления недрами: сб. тр. конф. – Санкт- Петербург, 2017. – С. 97-99. (0.231 п.л.).
6. Дуброва С.В. Статистические методы в эколого-геохимических моделях рекультивации полигонов бытовых отходов / Подлипский И.И. // Сборник научных трудов к 80-летия геологического факультета СПбГУ: Геология в различных сферах. – Санкт- Петербург, 2013. – С. 30-31. (0.7/0.208 п.л.).
7. Дуброва С.В. Геоинформационные системы как инструмент комплексной оценки качества жизни // Геология в развивающемся мире: сб. науч. тр. – Пермь, 2013. – Т. 2. – С. 183-186. (0.173 п.л.).
8. Дуброва С.В. Геохимическая модель рекультивации полигонов твердых бытовых отходов // Геология в развивающемся мире: сб. науч. тр. – Пермь, 2013.
– Т. 2. – С. 145-148. (0.173 п.л.).
9. Дуброва С.В. Оценка геоэкологического состояния полигона ТБО (поселок Красава, Тихвинский район, Ленинградская область) / Подлипский И.И. // Материалы III Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского.
– Санкт-Петербург, 2013. – С.387-391. (0.7/0.539 п.л.).
10. Дуброва С.В. Экологический рейтинг территорий административных районов Санкт-Петербурга // Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право. – 2013. – № 2-1(11). С. 57-59. (0.150 п.л.).
11. Дуброва С.В. Оценка геоэкологического состояния территории полигона ТБО поселка Красава Тихвинского района Ленинградской области / Подлипский И.И. // Науки о Земле и цивилизация: Материалы Международной молодежной конференции. – г. Санкт-Петербург, 2012. – Т.1. – С. 233-236. (0.7/0.347 п.л.).
12. Дуброва С.В. Оценка геоэкологического состояния территории полигона ТБО пос. Красава Тихвинского р-на Ленинградской обл. / Подлипский И.И. // Школа экологической геологии и рационального недропользования. – Санкт- Петербург, 2012. – С. 164-167. (0.8/0.211 п.л.).
13. Дуброва С.В. Рейтинг районов Санкт-Петербурга // Школа экологической геологии и рационального недропользования. – Санкт-Петербург, 2012.
– С. 167-171. (0.201 п.л.).
14. Дуброва С.В. Оценка геоэкологического состояния полигона бытовых отходов поселка Красава (Тихвинский район, Ленинградская область) / Подлипский И.И. // Вестник КИГИТ. – 2012. – № 5-23. – C. 9-21. (0.8/0.748 п.л.).