Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 38. Техногенный ореол рассеяния в почвах города в зоне влияния

группы

предприятий электротехнического профиля

/—4

—

контуры

техногенного ореола А — по показателю 2

суммирующему

аэрогенное накопление свинца, цинка меди, ртути и олова

-менее

16,

—

16—32,

—

32—128,

4 — более 128), Б — по

коэффициенту

концентрации свинца

— менее

—

3—6,

6—10,

4 —

10—30)

фоновое содержание свинца —

мг/кг

Рассмотренные металлургические производства являются

представителями так называемых специализированных городов,

для которых они явились градостроительной базой Предприя-

тия же по переработке цветных металлов часто находятся в

промышленных городах типа «центр» К таким металлоемким

предприятиям можно отнести кабельное, аккумуляторное

произ

водство,

заводы по обработке цветных металлов и

др

Образу-

емые ими

мощные

техногенные потоки по радиусу воздействия

в ряде случаев практически не уступают выше описанным

На рис 38 приведен пример комплексной техногенной

гео

химической аномалии на равнинной территории в почвах города

от блока предприятий с большим потреблением свинца Она

имеет изометрическую форму Некоторая извилистость контуров

наблюдается там, где аномалия проходит по сельскохозяйствен-

ным угодьям, и связана с

разубоживанием

концентраций во

время перепахивания

Загрязнение, характеризуемое как среднее и умеренно опас-

ное по суммарному показателю

(16—32),

прослеживается до

7 км от источника Более высокий и опасный уровень для

чело-

141

века

У2—128)

устанавливается в радиусе

4—5

км от пред-

приятий.

Загрязнение носит комплексный характер. Оно создается

такими металлами как

РЬ,

2п, Си,

Нд

и 5п. Однако ведущую

роль в этом процессе играет свинец. Об этом свидетельствует

морфологическое сходство его ореола рассеяния с аддитивным

ореолом, а также наибольшая относительная степень концентра-

ции по сравнению с другими металлами (см. рис. 38).

Размер

санитарно-защитных

зон для таких промышленных

объектов в городах, как правило, составляет около 1 км. Таким

образом, по геохимическим данным в экологически неблагоприят-

ных условиях оказываются жители районов за пределами этой

зоны. Прямые определения содержания металлов в атмосферном

воздухе жилых кварталов, удаленных до трех километров от

предприятий,

подтвердили существующий опасный уровень за-

грязнения окружающей среды.

К одной из ведущих отраслей промышленности в крупных

городах можно отнести машиностроение. Создаваемые в зоне

влияния машиностроительных заводов техногенные ореолы отли-

чаются специфическим составом. Среди элементов концентрации

появляются

XV,

Мо,

в отдельных случаях —

Ве,

Т\

(типичные

для легированных

сталей).

В то же время в ореоле присутствуют

химические

элементы,

характерные для любого металлоемкого

производства — 2п, РЬ, Си. Интенсивность проявления техноген-

ных ореолов рассеяния вокруг машиностроительных заводов

зависит от наличия в составе производства «горячих» литейных

цехов.

Общая зона влияния машиностроительных объектов даже при

наличии горячих цехов значительно более локальна, чем у метал-

лургии. На рис 39 показан техногенный ореол рассеяния,

проявленный в снеговом покрове от двух машиностроительных

заводов авиационного профиля. Как и для большей части других

источников, находящихся в сходных равнинных условиях, ореол

имеет изоморфную структуру. Ядро ореола с максимальной кон-

центрацией металлов занимает промышленные площадки и при-

легающие территории в радиусе

200—400

м.

Общая зона фикси-

руемого влияния распространяется почти на 4 км. Однако по

почвам ореол рассеяния химических элементов прослеживается

на меньшей площади

—1,5

км), но центрическая структура

и комплексность состава геохимической аномалии сохраняется

(см. рис.

39,

б).

Высокий и опасный уровень загрязнения, отмеченный значе-

ниями суммарного показателя в почвах более 32 и в снеге более

128, установлен на площади в радиусе

1,5

км. Это не исключает

неблагоприятную экологическую ситуацию в жилых массивах,

которые находятся в непосредственной близости от завода.

Приведенные примеры демонстрируют техногенные ореолы

142

Рис. 39. Техногенные ореолы рассеяния вокруг предприятий точного машинострое-

ния (А:

а,

— почвы,

— снеговой покров), тяжелого машиностроения (Б: б] —

транспортное,

— станкостроительное), приборостроительных (В:

в\

— электро-

ника,

вг

— измерительная техника):

/—4

— контуры зон ореолов, выделенные по

суммарному

показателю загрязнения

комплексом

типоморфных

для каждого предприятия химических элементов (А —

Ш,

Мо,

Во,

2п,

§п,

Си,

Б—

2п,

Си,

РЬ,

Ш,

в, -

Си

2п,

5п,

РЬ,

в,

—

А^,

РЬ,

5п, Си,

2п,

N1,

Си)

рассеяния от машиностроительных

заводов,

где существенную

роль в образовании ореола играет выброс загрязняющих веществ.

Значительно меньшую площадь занимают ореолы рассеяния от

машиностроительных заводов с обработкой металлов только

механическим способом

(металлорезание,

шлифование и т. д.).

Образующаяся при этом

грубодисперсная

пыль осаждается

вблизи таких заводов. Экологически опасная зона редко превы-

шает

0,5—1

км.

Техногенные ореолы рассеяния химических элементов в поч-

вах образуются в зоне двух крупных заводов тяжелого машино-

строения (см. рис. 39, в). Четко видно, что зоны их влияния

меньше, а экологически опасный уровень высокого загрязнения

не выходит далее чем за

400—1200

от источника. Существенна

уже и геохимическая ассоциация. Относительно фонового уровня

здесь накапливаются 2п,

РЬ,

Си и

\У.

Таким образом, с предприятиями машиностроительного про-

филя связано образование экологически опасных зон в радиусе

не более 1,5 км.

В современных крупных городах типа «центр» к наиболее

распространенному виду производства можно отнести приборо-

строение. С геохимических позиций оно в экологическом отно-

шении в принципе наименее опасно. Зона воздействия со средним

и умеренно опасным уровнем загрязнения для здоровья человека

устанавливается не далее чем на

200—600

м, а высокий и опасный

всего лишь на

100—150

м от источников (см. рис. 39,

А,Б).

Техногенный ореол рассеяния от приборостроительных пред-

приятий представлен обычно чрезвычайно широкой ассоциацией

химических элементов, который включает такие токсичные как

Сс1,

РЬ,

А§.

Интересно отметить появление экзотических элемен-

тов в геохимической ассоциации отдельных специализированных

предприятий —

1п,

Сз,

Ое.

Несмотря на небольшие размеры зон загрязнения вокруг при-

боростроительных предприятий они могут иметь неблагоприятные

последствия для населения. Это связано со спецификой разме-

щения таких предприятий в городах — они, как правило, вкрап-

лены среди жилых массивов.

Особо остановимся на двух видах загрязнения, которые

проявлены в городах повсеместно и связаны с предприятиями

энергетики и автотранспортом. Для ТЭЦ, работающих на угле,

характерна большая масса выброса загрязняющих веществ с

низким содержанием химических элементов. Таким образом,

геохимические аномалии в почвах выражены обычно слабо. Глав-

ную опасность для здоровья населения здесь представляют пыль

и оксиды серы. Ореолы рассеяния пыли четко фиксируются снего-

вым покровом.

На рис. 40, А показан ореол твердофазных выпадений из

атмосферы от крупной ТЭЦ, потребляющей более 3 млн т угля

144

Рис. 40. Техногенные ореолы рассеяния в

районах

ТЭЦ:

А—

распределение пыли в

зоне

влияния

угольной

ТЭЦ,

—

лонтхры

техно-

генных

аномалий

по уровню

выпадения

пыли

(кг/км

с\тки)

более 800,

2 —

640—800,

3 — 480

640,

4—160—320

распределение ванадия

зоне

влияния

мазутной

ТЭЦ,

—

контуры

техногенных аномалии ванадия

(г/км

сутки)

1 - более 10,

2-7

-10, 3 —

3—7,

4 — 1 -3

ежегодно. Площадь ореола составляет около 400

км

ч го позво-

ляет по общему

масштабу

воздействия сравнить

ГЭЦ

с крупным

металлургическим комбинатом. При этом зона высокого и опас-

ного уровня выпадения пыли (более 400

кг/км

в сутки) наблю-

дается на территории

—

120

км

Столь же крупные по потреблению топлива мазутные ТЭЦ

не создают пылевой нагрузки на окружающую среду. Степень

опасности воздействия таких объектов изучена плохо. Однако

по ванадию (элементу-индикатору мазутных ТЭЦ) зона влияния

прослеживается на 15 км в направлении господствующих вет-

ров (см. рис. 40, б) при ширине ореола до 6 км Степень концент-

рации металла в

—

раз выше фонового уровня.

Выбросы ТЭЦ осуществляются обычно на большую высоту.

чем другими предприятиями городов. Поэтому поля загрязнения,

связанные с выпадением материала этих выбросов, лучше

кор-

145

Рис. 41. Аномалии свинца в почвах города с интенсивной автомобильной нагруз-

кой около

!000

автомашин на квадратный километр в горно-долинном ландшафте.

— крутые склоны, 2 — шоссе основные, 3 — шоссе вспомогательные, 4 — линей-

ные

аномалии свинца

содержанием

почве

250—500

мг/кг,

5—7

—

площадные

аномалии свинца

(5 —

менее

250

мг/кг,

6 —

250—500

мг/кг,

7 -

более

500

мг/кг),

8 — пункты, где установлены превышения

ПДК

свинца в атмосферном воздухе

релируют

с розой ветров и имеют эллипсоидальный вид. Тем

не менее, центры высоких концентраций и здесь пространственно

приурочены к источнику загрязнения.

Несмотря на то. что большая часть крупных ТЭЦ располо-

жена на окраине городов, с учетом радиуса их воздействия

можно говорить о их значительном влиянии на экологическую

обстановку. Кроме того, в городах находится много мелких

коте-

лен,

которые вносят существенный суммарный вклад в их за-

грязнение.

Автотранспорт — один из хорошо известных и наиболее

изученных источников загрязнения. В научной литературе опи-

сываются линейные придорожные аномалии, занимающие первые

десятки метров от полотна дороги. В городах значительный инте-

рес представляют большие по площади

техногенные

ореолы от

автотранспорта, в образовании которых сказывается влияние

ландшафтных условий.

На рис. 41 приведен пример такой аномалии свинца на

территории города с горно-долинным

амфитеатровидным

харак-

тером рельефа. Особенности режима циркуляции воздуха в таких

условиях привели к формированию широкого площадного ореола

146

свинца в партерной части города за счет

«отекания»

выбросов

автотранспорта в понижения рельефа.

Общая площадь ореола рассеяния свинца

занимает

около 60%

территории города. При этом высоко опасный уровень

загрязне-

ния наблюдается

почти

на половине этой площади.

Такое явление в распространении выбросов от автогран-

спорта практически никогда не учитывалось, хотя огромное

количество городов, в том числе и крупных, имеют сходную ланд-

шафтную структуру, способствующую

концентрации

выбросов

от низких источников загрязняющих веществ

обобщенном

виде важнейшие типы источников загрязнения

городов по размерам зон неблагоприятного воздействия (высо-

кий и средний уровень загрязнения) могут быть ранжированы

следующим образом: 1) металлургия и крупные

ТЭЦ

—

5—6

до

10 км; 2)

машиностроение—

1,5—2

км; 3)

приборостроение

—

до 0,5 км;

автотранспорт—

0,1 км.

Мы рассмотрели основные морфологические особенности

техногенных ореолов рассеяния

загрязняющих

веществ от

отдельных промышленных объектов, определяющих неблагопри-

ятную

экологическою

ситуацию в зоне их влияния. Для большей

части городов характерно развитие многоотраслевой промыш-

ленности. Совокупное воздействие всех источников загрязнения

прогнозируется с трудом. И только геохимическое картирование

природных компонентов ландшафта городов позволяет оценить

суммарный эффект влияния на

окружающую

среду различных

производственных объектов. При этом важно

отметить,

что

веду-

щую роль в

характере

распространения

загрязняющих веществ

при множественности источников загрязнения играет структура

их размещения. Техногенные ореолы рассеяния химических эле-

ментов, сформировавшиеся при

порфировидной

и вкрапленной

структуре

размещения промышленности, различны. Сравнение

суммарного уровня загрязнения почв по величине

2.-

и площад-

ного соотношения высокого и опасного уровня загрязнения

(7.,.

больше 32) указывает на экологически более неблагоприятную

ситуацию при вкрапленной структуре, т.

е.

когда предприятия

«рассыпаны» среди других функциональных зон.

В таких условиях происходит смешение техногенных ореолов

от индивидуальных источников и создается высокий уровень

загрязнения практически на всей территории, заключенной между

предприятиями.

Для крупных городов предпочтительна

порфировидная

струк-

тура

размещения промышленности, при которой отдельные

промышленные предприятия

комплектуются

в блоки, формирую-

щие так называемые промышленные зоны. От других функцио-

нальных зон (селитебной, зеленой и др.) они должны быть

отде-

течы

буферной зоной, учитывающей размеры зон воздействия

предприятий

промзоны.

В то же время для малых и

специализи-

147

Рис. 42. Типичные структуры загряз-

нения территорий городов.

/—1—уровни

загрязнения:

чрез-

вычайно опасный

(2,

—более

128),

2 —

опасный

(2,

—32-28),

3 —

уме-

ренно опасный

(7.

—

16—32),

4 — не-

опасный (2, — менее 16) Типы горо-

дов I — специализированный метал-

лургический,

многоотраслевой

ти-

па «центр»,

III—

автотранспортный,

IV - машиностроительный, V — малый

непромышленный

рованных

городов эффективен только зональный тип функцио-

нальной структуры.

Геохимическая оценка состояния окружающей среды, прове-

денная более чем в 30 городах, позволила выявить типовые

структуры загрязнения для трех основных групп городов: мно-

гоотраслевых типа «центр», специализированных и фоновых.

В основу выделения структур положено соотношение площадей

с различным уровнем загрязнения и

степенью

опасности для

человека. Уровень загрязнения оценивался по четырем установ-

ленным категориям:

относительно

чистая, умеренно опасная,

опасная и чрезвычайно опасная (см. табл. 8).

Типовые структуры загрязнения городов представлены на

рис. 42. Самая опасная экологическая обстановка характерна

для городов с

преобладанием

в промышленности металлурги-

ческого производства. Для некоторых из них почти вся террито-

рия может находиться в опасной зоне загрязнения химическими

элементами. Уровень загрязнения, сказывающийся в городах с

плохими ландшафтными условиями для рассеивания

пылевыбро-

сов,

даже

при

небольшой промышленности, но с интенсивным

движением автотранспорта, соизмерим с уровнем загрязнения

крупных городов с многоотраслевой промышленностью. В сред-

них и малых городах с малозагрязняющими среду машинострои-

тельными предприятиями структура загрязнения складывается

вполне удовлетворительно. Опасных и чрезвычайно опасных си-

туаций здесь практически нет.

Идеальные условия для жизнедеятельности человека наблю-

даются в небольших городах с ограниченным развитием

про-

148

мышленности

местного

назначения,

в микрорайонах крупных

городов, удаленных от

предприятий

на

—10

км, в городах-

спальнях. Умеренно опасный уровень загрязнения обнаруживает-

ся не более чем на

10—20%

территории. Основными загрязните-

лями выступают здесь мелкие

котельни,

автотранспорт, мастер-

ские и т. д. Содержание в почвах таких элементов как V,

РЬ

Ад

может быть в

1,5—2

раза выше фонового уровня. Суммарный

же показатель загрязнения в городах фонового типа по почвам

не превышает 8, по снегу — 64. Уровень выпадения пыли нахо-

дится в пределах

30—100

кг/км

в сутки.

Пространственная геохимическая структура загрязнения в

городах определяет особенность ответной реакции живых орга-

низмов на сложившийся уровень загрязнения, на его специфику,

проявленную в преобладании среди загрязненных веществ тех

или иных токсичных химических элементов.

3.3. ТЕХНОГЕННЫЕ ПОТОКИ РАССЕЯНИЯ

В общем случае влияние городов на водные системы опреде-

ляется тремя

основными

факторами:

вовлечением во

влаго-

оборот

больших масс воды, которые после их использования,

приобретая иной химический состав, сбрасываются в гидрогра-

фическую сеть; 2) климатическими изменениями, связанными с

загрязнением

атмосферы, нарушением теплового режима и воз-

душной циркуляции; 3) изменением условий формирования стока

и характера русловых процессов.

Водоподача

водоотведение

составляют главные элементы

водного баланса городских территорий, резко изменяя его при-

родные

составляющие.

Так, сопоставление водного баланса го-

родских (Москва, Минск, Курск) и прилегающих сельских

территорий показало, что под влиянием города полный речной

сток возрастает на

20—97%,

подземный сток сокращается на

6—34%,

поверхностный сток увеличивается

на

26—186%,

испа-

рение снижается на 4—42%

[25].

Уменьшение доли подземного

стока характерно для большей части городских территорий. Од-

нако снижение испарения, увеличение поверхностного стока и

большие объемы сточных вод приводят, как правило, к возраста-

нию расходов рек на выходе из города.

В городах за счет покрытий (асфальт, крыши домов и

т.д.)

проницаемость поверхности намного ниже, чем в естественных

условиях. Площади непроницаемых для воды территорий во мно-

гом определяются размерами и благоустроенностью городов.

Так, по данным Г.

М.

Черногаевой

[12],.для

малых и средних

городов с численностью населения менее 300000 человек они

не превышают 20%; в крупных городах их размеры возрастают

до 30%; в городах с населением более 1 млн человек колеблются

от 35 до 80%. Все это приводит к изменению коэффициента

149

стока,

который в условиях города значительно выше

(0,3—0,9),

чем в естественных условиях (редко превышает

0,2—0,3).

В це-

лом, наличие непроницаемых покрытий и дренажной сети спо-

собствует быстрому

добеганию

поверхностных вод в местные

бассейны стока.

Городские территории отличаются принципиально иным ха-

рактером эрозии и

твердого

стока. Как правило, твердый сток

в условиях города заметно увеличивается. Например, р. Пото-

мак, имеющая в районе г. Вашингтон площадь водосбора

250000

км

ежегодно проносит 2 млн т взвешенных наносов, из

которых 1/5 часть

поступает

с урбанизированных территорий,

занимающих 1/50 площади водосбора

[22].

Поставка твердого

материала

осуществляется как со сточными водами, так и с

поверхностным стоком. Поступление

твердого

материала со сточ-

ными водами практически не учитывалось до недавнего времени.

Однако простые расчеты показывают, что они являются сущест-

венным источником. Например, в р. Москву в пределах города

сбрасывается примерно 5 млн

сточных вод. Поскольку (по

литературным данным) их средняя мутность

составляет

10-

мг/л

(реально намного больше), то со сточными водами

ежегодно поступает до

20—30

тыс. т взвешенного

.материала.

Модуль стока взвешенных наносов для данного природного

района колеблется

пределах

5—30

т/км

год.

Иными

сло-

вами, с природного участка, равного по площади г. Москве

(900

км

может поступать до

4,5—27

гыс.

т твердого вещества.

Таким образом, поставка твердого материала со сточными вода-

ми не только соотносится с природной, но даже может заметно

превышать ее.

Еще более значительные объемы поступают с поверхностным

стоком, отличающимся высоким содержанием взвешенных ве-

ществ (до

2—6

г/л). Так, по данным американских авторов,

сток наносов с водосборов, находящихся под застройкой колеб-

лется от 300 до 2200

т/км

в год, что превосходит смыв с

естественных площадей в

2—100

раз, причем нижний предел

относится к большим бассейнам,

верхний

— к малым

[22].

В по-

верхностном стоке даже с наиболее благоустроенных городских

территорий содержится в среднем

1400—1500

мг/л взвешенных

веществ. Таким образом, с поверхностным стоком с территории

г. Москвы может поступать до 500 тыс. т взвешенного материала

ежегодно (исходя из среднегодового количества осадков 700 мм

и коэффициента стока примерно 0,6), что во много раз превы-

шает сток с естественных водосборов центра Русской равнины.

Территории городов существенно отличаются изменениями

характера русловых процессов. В частности, происходит непо-

средственное изменение гидрографической сети. Это связано с

целенаправленным преобразованием морфологии русел, берегов

и пойм за счет мелиорирования территории, канализации или

150