Влияние урбанизированных территорий на внутригородские аквальные комплексы

Актуальность темы

исследования. Урбанизированные образования характеризуются интенсивным воздействием на окружающую среду не только в пределах селитебной территории, но и далеко за ее пределами, приводящим к нарушению экологического равновесия и возникновению ситуаций разной степени напряженности.

Одним из элементов природной субсистемы урбанизированных территорий, испытывающих наибольший антропогенный пресс, являются природные воды.

Сильное антропогенное воздействие приводит к ухудшению качества водной среды, к нарушению структурно-функциональной организации водных экосистем, снижению водохозяйственного, рыбохозяйственного и рекреационного состояний водоемов.

Природное качество воды является тем фоном и основой, на которых происходят качественные изменения состояния водного объекта, вызванные вмешательством человека. В связи с этим оценка компонентов водной среды в условиях интенсивной антропогенной нагрузки имеет важное теоретическое и практическое значение.

Внутригородские водоемы являются примером водных объектов, подвергающихся значительной антропогенной нагрузке в связи с интенсивным развитием города.

Давно уже назрела необходимость в разработке серьезной комплексной программы стабилизации и улучшения состояния малых водотоков дельты Волги, в рамках которой возможно возрождение рыбных запасов, снижение антропогенной нагрузки, решение проблемы обеспечения питьевой водойтого, что в целом и является экологической безопасностью.

Этим обстоятельством обусловлена актуальность геоэкологической оценки внутригородских водоемов с использованием современных ГИС технологий и разработки эффективных мероприятий по предупреждению и предотвращению — поступления загрязняющих веществ в аквальные комплексы.

Цель работы. Определение влияния урбанизированных территорий на аквальные комплексы г. Астрахани и разработка рекомендаций по улучшению качества воды аквальных комплексов.

Основные задачи исследования.

1. изучение состояния внутренних водоемов г. Астрахани;

2. выполнение комплекса полевых гидрологических, гидрохимических и геоэкологических исследований в пределах водоемов;

3. оценка факторов, механизмов и источников воздействия урбанизированной территории на внутригородские водоемы и возникающие при этом геоэкологические проблемы;

4. определение качества воды и факторов, влияющих на экологическое состояние водной среды;

5. установление сезонной динамики токсичности природных вод районов исследования;

6. изучение взаимосвязи токсичности вод внутригородских водоемов с их химическим составом;

7. разработка мероприятий по оптимизации природопользования на внутренних водоемах г. Астрахани и их охране.

Объект исследования — внутригородские аквальные комплексы г. Астрахани.

Предметом исследования является геоэкологическое состояние внутригородских водоемов, формирующееся в условиях урбанизированных территорий.

Теоретическая и методологическая основа исследований базируется на идеях и трудах ведущих ученых в области географии, геоэкологии, гидрологии и природопользования: Е. К. Белевича, О. А. Алекина, Л. П. Брагинского, Н. С. Жмур, A.M. Никанорова, В. Ф. Полонского, Н. Ф. Реймерса, П. И. Бухарицына и др.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовали общепринятые и частные методики, позволяющие изучить химическое загрязнение вод тяжелыми металлами, а также методы биотестирования и ГИС технологий. Помимо этого, методическая база исследования дополнена традиционными методами географических исследований: полевым, описательным, математико-статистическим, картографическим.

При проведении диссертационного исследования использованы программные комплексы обработки ГИС информации фирм Arc View, Golden Software, программный модуль Modflow (Геологической службы США) Inc. В процессе создания электронных карт аквальных комплексов г. Астрахани были разработаны инновационные методики, в основе которых заложены аналитический метод и метод компонентов. В результате исследований получены оригинальные тематические карты, построенные на основе анализа результатов проведенных исследований.

Научная новизна работы. Проведено комплексное геоэкологическое исследование состояния внутригородских водоемов с использованием методов биотестирования. Выявлены основные геоэкологические проблемы и факторы их обуславливающие. Впервые для внутригородских водоемов Астрахани составлены цифровые карты качества воды. Предложены эффективные меры по минимизации негативного антропогенного воздействия на экосистему водоемов и разработаны конкретные мероприятия по оптимизации природопользования и охраны окружающей среды.

Впервые проведен анализ состояния водного фонда города используемыми методами, сделана оценка водных ресурсов, составлены диаграммы изменения степени токсичности во временной динамике в зависимости от года исследования, разработаны рекомендации по улучшению ситуации носят практический характер.

Основные положения, выносимые на защиту:

— высокая токсичность природных вод объясняется повышенным содержанием тяжелых металлов, что является следствием проведения реконструкционных работ и влиянием промышленных предприятий города;

— оценку качества воды целесообразно проводить с использованием тест-организмов разных трофических уровней, которые в природной экосистеме могли бы составить пищевую цепь;

— первоосновой для составления рекомендаций по улучшению качества вод поверхностных водоёмов урбанизированных территорий должны служить специально разрабатываемые экологические паспорта.

Исходные материалы. Основой для работы послужили материалы натурных исследований 2004 — 2008 гг. В ходе анализа ситуации использованы фондовые материалы библиотек (Российской государственной библиотеки, библиотеки Астраханского государственного университета, Областной научной библиотеки им. Н.К. Крупской). Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом инструментальных данных, полученных на базе лаборатории экологического мониторинга АГУ.

Теоретическое и практическое значение работы.

Полученная в ходе диссертационного исследования информация о формировании качественного состава вод поверхностных водоёмов, расположенных в городской среде были переданы в службу природопользования по Астраханской области. Результаты исследований применялись при разработке мероприятий по реконструкции водоемов МУП по эксплуатации гидротехнических и гражданских сооружений г. Астрахани. Впервые проведена оценка состояния внутренних водоёмов г. Астрахани, что является основой для составления экологических паспортов водных объектов. Полученные в ходе исследования данные использованы при нормировании качества природной среды с учетом климатических условий Материалы исследований использованы и при разработке рабочих программ и лекционных курсов по следующим дисциплинам: «Гидробиология и водная экология», «Экология Астраханского края», «Гидрохимия». Автора принял активное участие в структурном проекте «Чистые берега, чистая вода"(2004).

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на VII Международной научной конференции «Эко'лого-биологические проблемы Бассейна Каспийского моря» в г. Астрахань (2004) — Всероссийской научной конференции «География и экология регионов России» в г. Великий Новгород (2005) — III Международной научной конференции «Россия и Восток. Обучающее общество и социально-устойчивое развитие Каспийского региона» г. Астрахань (2005) — Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования» в г. Казань (2005). VIII Международнойнаучной конференции «Эколого-биологические проблемы Бассейна Каспийскогоморя» в г. Астрахань (2005) — Международной научной конференции к 450-летию' со дня основания Астрахани «Великие-реки* и мировые цивилизации» в г. Астрахань (2006) — Всероссийской научно-практической конференции «Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления» в г. Астрахань (2007, 2008) — II Международной научно-практической конференции «Туризм и рекреация: инновации и ГИС-технологии» г. Астрахань (2009).

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 1- в издании, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке полученных в ходе полевых исследований данных, оптимизации методических подходови анализе результатов, формулировании выводов и разработке практических рекомендаций по оценке загрязнения водоемов в условиях городской среды.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложения. Объем диссертации составляет 186 страниц машинописного текста, включая приложения, 38 рисунков, 15.

Выводы по 4' главе.

Малые водоемы необходимо охранять как неотъемлемые элементы ландшафта.

Для сохранения малых водоемов города необходимо своевременно выявлять и обезвреживать источники загрязнения, ограничить поступление неочищенных хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, не допускать свалки мусора и других отходов по берегам, запретить размещение гаражей, бензоколонок, стоянки автомототранспорта, • мойку автомашин, строительство в водоохранной зоне зданий, вырубку кустарников и деревьев.

Предложенный комплекс природоохранных мероприятий в системе геоэкологического мониторинга внутригородских водоемов — залог обеспечения устойчивого экологического состояния аквальных комплексов.

Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработаем новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого водоемам.

Полученные на основе исследований количественные оценки антропогенного воздействия на состояние водных объектов служат определяющим фактором обоснования выбора управленческого решения в системе рационального управления водными ресурсами урбанизированной территории. Использование геоинформационных и имитационных технологий для обработки больших объемов информации способствует повышению оперативности, обоснованности и эффективности управленческих мероприятий по регулированию антропогенного воздействия на водные объекты и восстановлению нарушенной среды обитания.

Таким образом, для деградированных водоемов: заросших, заиленных и покрытых ряской, — необходимы мероприятия, связанные с восстановлением их экосистем и, как итог, улучшением качества воды.

Восстановленные экосистемы водоемов и береговойзоны обладают очень важными природоохранными функциями, включая функции сохранения биологического разнообразия и поддержания качества воды.

Если не предпринять неотложных мер по уменьшению, а в дальнейшем и по предотвращению загрязнения рек, то наступит время, когда загрязнения, покоящиеся и ежегодно откладываемые на дне водохранилищ, могут привести к вторичному загрязнению воды. А этого следует избежать, во что бы то ни стало.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Интенсивный процесс урбанизации обусловил целый ряд экологических проблем, связанных с резким ухудшением качества вод аквальных комплексов городской среды.

Эффективность решения задач рационального природопользования урбанизированных территорий в условиях техногенеза во многом зависит от полноты и достоверности используемой для этих целей информации о состоянии водных объектов.

1. Особенность загрязнения городских водоемов состоит в том, что в городе на относительно небольшой территории сосредоточено значительное количество различных источников загрязнения (промышленные предприятия, транспорт, бытовые отходы), обуславливающие интенсивность и неоднородность состава загрязнений природных вод.

Процессы урбанизации приводят к изменению гидрологического режима городских водоемов и водотоков, влияют на водный баланс, изменяют гидрохимический режим за счет сброса сточных вод: промышленных, хозяйственно-бытовых, ливневых, стоков со строительных площадок. Все это вызывает необходимость объективной оценки его современного состояния.

Проведённый гидрохимический анализ показал, что содержание загрязняющих веществ в воде городских водоёмов значительно превышает фоновые значения, в результате чего водная среда становится непригодной для обитания живых организмов. Высокую токсичность среды подтверждают и результаты проведённого параллельно биотестирования.

Проделанная работа выявила крайне неблагополучную экологическую ситуацию, сложившуюся на территории Астрахани. Проведённая сравнительная характеристика содержания в водной среде всех внутригородских водоёмов токсичных веществ выявила тенденцию обострения экологической обстановки во временном аспекте.

2. Проведенные исследования! показали, что для природных водных систем важны не только количественные характеристики величин загрязнений, но также и качественные показатели, регистрирующие наличие токсичности вод природных водоемов. Тест-организмы весьма разнообразны, и неодинаково чувствительны к токсическому воздействию. Чувствительность к одному и тому же токсиканту у разных видов неодинаковаодни организмы более чувствительны к одним ядам, другие — к другим. Таким образом, для получения объективной и оперативной оценки качества как сточных, так и природных вод, включая питьевые, с помощью методов биотестирования рекомендуется использовать комплексный подход, т. е. применить одновременно несколько методов с тест-организмами из различных групп гидробионтов.

Результаты лабораторного биотестирования природных вод существенно дополняют и подтверждают данные гидрохимических анализов и дают возможность принимать обоснованные природоохранные решения.

В таких городах как Астрахань, где сосредоточена большая численность населения, промышленные предприятия и транспорт, возникает качественно новая техногенная среда обитания. Она характеризуется целым набором различного рода воздействий: высоким уровнем загрязнений, специфическим тепловым режимом, эффектами взаимодействия примесей, угнетением растительности, загрязнением водных источников. Все это приводит к необходимости проведения неотложных мероприятий по охране и восстановлению природных вод, созданию экологических паспортов городских водоемов, включающих географические, климатические, гидрологические, гидрохимические, токсикологические характеристики и рекомендации по улучшению качества вод поверхностных водоёмов урбанизированных территорий.

3. Комплексная оценка и экологический мониторинг природных вод внутригородских водоемов позволяют установить оптимальные нормы воздействия, необходимые для поддержания равновесного функционирования урбоэкосистем, а также критические пороги, позволяющие принимать своевременные решения для предупреждения кризисных ситуаций и катастроф экологического характера.

Полученные на основе исследований количественные оценки антропогенного воздействия на состояние водных объектов служат определяющим фактором обоснования выбора управленческого решения в системе рационального управления водными ресурсами урбанизированной территории. Использование геоинформационных и имитационных технологий для обработки больших объемов информации способствует повышению оперативности, обоснованности и эффективности управленческих мероприятий по регулированию антропогенного воздействия на водные объекты и восстановлению нарушенной среды обитания.

Результаты контроля состояния городского водоема, необходимо учитывать при проведении экологических экспертиз, взимании платы и штрафов за водные ресурсы и сброс загрязняющих веществ, а также при определении меры ответственности юридических или физических лиц, деятельность которых приводит к ущербу в результате изменения состояния водного объекта.

Для достижения эффективного контроля безопасности необходимо изменить схему взаимодействия систем мониторингового и входного контроля и схему взаимодействия методов внутри этих систем с комплексным использованием методов биологической оценки.