Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Е.А. Мусихина О.М. Мусихина

В статье представлен общий обзор состояния поверхностных водных ресурсов иркутской области. Подробно анализируются характеристики загрязнения водохранилищ (иркутское, братское, Усть-илимское), каскада ангарских ГЭС с 1993 по 2005 годы включительно по данным иркутского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Обосновывается необходимость разработки технологии комплексной оценки экологической емкости территории с учетом пространственных и временных параметров природной системы.

Статья в формате PDF

585 KB

grain crops

recognition of images

wavelet -transformation

database

зерновые культуры

распознавание изображений

вейвлет-преобразование

база данных

Водные ресурсы Иркутской области являются одним из наиболее ценных природных богатств. Площадь акватории всемирно известного озера Байкал - 31,5 тыс.км2, протяженность с севера на юг - 636 км, максимальная ширина 79,5 км. При средней глубине озера 730 м и максимальной - 1637 м, запасы пресной воды составляют 23,6 тыс.км3 - более 20% доступной питьевой воды планеты. Кроме Байкала на территории Иркутской области расположено 229 озер общей площадью водного зеркала 7732,5 км2.

Речная сеть области представлена бассейнами крупных рек (Ангара, Лена, Нижняя Тунгуска) и их многочисленными притоками. густота речной сети области составляет  400 м на 1 км². Основной водной артерией Иркутской области является Ангара, водный режим которой во многом определяется Байкалом, ежегодно отдающим реке более 60 км³ достаточно чистой пресной воды. река, на расстоянии 55 км от истока перекрытая плотиной Иркутской ГЭС, образует Иркутское водохранилище. Площадь водохранилища 154 км2, длина береговой полосы - 300 км, объем водной массы - 2,1 км³. Режим стока реки Ангары от г. Иркутска до Братской ГЭС зависит от режима работы Иркутской ГЭС.

Братское водохранилище образовано в 605 км ниже по течению реки. Площадь водного зеркала - 5470 км2, полный объем - 169,3 км3, протяженность береговой линии - 6000 км. Замыкает каскад ГЭС, расположенных на реке Ангаре, усть-Илимское водохранилище, образованное плотиной, перекрывающей Ангару на 1026 км от истока. Площадь водной поверхности - 1922 км2, полный объем - 58,93 км3, длина береговой линии - 2500 км.

За период эксплуатации каскада Ангарских ГЭС, согласно государственному докладу «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2003 г.», возникло две проблемы:

• размывы берегов в рыхлых отложениях, которые составили для усть-Илимского водохранилища порядка 70 метров, для Иркутского и Братского водохранилищ до 200 метров;
• маловодье озера Байкал и реки Ангары, начавшееся в 1996 году, приведшее к срабатыванию многолетних запасов водных ресурсов.

Кроме того, происходит систематическое и недопустимое с точки зрения разумного природопользователя загрязнение источников поверхностных вод и, в частности, озера Байкал, что привело к существенным негативным изменениям в экосистеме озера. Антропогенное воздействие на Байкал заметно повысилось, начиная с 1950 годов. увеличилась заготовка леса на реках, и на Байкале была начата практика плывущей древесины в больших плотах, или «сигарах». Постоянно возрастающий поток туристов также не способствует улучшению экологической ситуации. Осуществляется сброс в озеро сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината,  г.Слюдянки, станции Ангасолка, карьера Перевал и Южно-Байкальского рыбозавода. По северному берегу озера проложена Байкало-Амурская железная дорога, кроме того, на озере эксплуатируется примерно 90 единиц судов ведомственного и частного флота. Свою лепту в загрязнение озера вносят и ледовые переправы.

Характеристика загрязнения озера Байкал с 1993 года по 2005 год, по данным, полученным Иркутским межрегиональным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ИУГМС), представлена в таблице 1. Наблюдение за качеством воды в озере ведется в семи пунктах, на семи створах. Сброс в озеро Байкал недостаточно-очищенных сточных вод осуществляет БцБК, работающий с 1966 года. Предприятие расположено на самом берегу Байкала и сбрасывает сточные воды непосредственно в озеро (динамика сброса представлена в табл. 1). Дополнительно осуществляется сброс сточных вод следующими водопользователями: город Слюдянка - 1463 тыс. м3 недостаточноочищенных сточных вод, станция Ангасолка - 41,4 тыс. м3 недостаточно-очищенных сточных вод и карьер «Перевал» - 242 тыс. м3 недостаточно-очищенных сточных вод (по данным за 1993 г). Кроме того, поступают хозяйственно-бытовые сточные воды с судов в объеме 0,7 тыс. м3, которые также относятся к категории недостаточноочищенных, в связи с присутствием в них СПАВ (синтетических поверхностноактивных веществ). С 2005 года стал производиться анализ на загрязнение озера фторидами, количество которых в сточных водах оценивается в 2,312 тонн. Дополнительно загрязняется вода промышленными выбросами, выбросами от многочисленных котельных и железнодорожных станций. В целом качество воды оценивается II классом (условно чистая), за исключением устья реки Маритуй, где качество воды оценивается III классом (умеренно загрязненная), из-за повышенного содержания нефтепродуктов и меди.

По данным за 2003 год суммарный сброс сточных вод по Иркутской области составил 1225,35 млн м³, из них поступило в поверхностные водные источники 1203,7 млн м3, что на 33,61 млн м³ больше,  чем в прошлом году. Из них недостаточно очищенных - 639,4 млн м³, загрязненных без очистки - 183,04 млн м³, нормативночистых - 360,3 млн м³, нормативноочищенных - 20,95 млн м³. В поверхностные источники бассейна реки Ангара поступило 1124,4 млн м³, бассейна озера Байкал - 45,6 млн м³, бассейна реки лена - 33,7 млн м3 сточных вод. Основными источниками загрязнения поверхностных вод Иркутской области являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности - ОАО «Байкальский цБК», ОАО «Братсккомплексхолдинг», ОАО «усть-Илимский лесопромышленный концерн»; химической, нефтехимической и топливной промышленности - ООО «химпромусолье», ОАО «Саянскхимпласт», ОАО «Ангарская нефтехимическая компания»; предприятия жилищно-коммунального хозяйства.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами, выявленными в поверхностных источниках области, являются: нефтепродукты, ртуть, медь, органические и азотсодержащие вещества, сульфиды, се

Таблица 1. Данные по загрязнению о. Байкал «Байкальским целлюлозно-бумажным комбинатом»

роводород, лигнин и формальдегид. Вода реки Ангары и ее притоков загрязнена ртутью, железом, медью, нефтепродуктами и органическими веществами.

Подробная характеристика загрязнения всех поверхностных вод территории Иркутской области не укладывается в рамки статьи, поэтому предполагается особое внимание уделить расположенному на реке Ангаре каскаду ГЭС и ограничиться обзором загрязненности их водохранилищ (по данным за 2003 год).

Качество воды Иркутского водохранилища определяется характеристиками воды озера Байкал (наблюдения проводятся в 3 пунктах, 3 створах). Дополнительное влияние на качество воды оказывают судоходство и сточные воды поселка листвянка. Максимальные концентрации загрязняющих веществ в истоке Ангары по органическим веществам на уровне ПДК, в районе пос. Патроны: по железу - 1,7 ПДК, по меди - 2 ПДК; в районе центрального водозабора: медь - 2 ПДК, органические вещества и нефтепродукты на уровне ПДК. хлорорганические пестициды в Иркутском водохранилище не обнаружены (в 1997 году в воде водохранилища выявлен пестицид α-ГЦХГ в среднегодовом значении до 0,002 мкг/л). В целом, качество воды по химическим показателям, как и по гидробиологическим, официально соответствует II классу (условно чистая), за исключением створа пос. Патроны, где качество воды оценивается III классом (умеренно-загрязненная). Совершенно очевидно, что экосистема Иркутского водохранилища уже испытывает значительное антропогенное воздействие.

Река Ангара на участке «город Иркутск - город Ангарск» подвергается еще более интенсивному антропогенному воздействию. Основными источниками загрязнения реки в районе г. Иркутска являются сточные воды правои левобережных очистных сооружений, ОАО Корпорация «Иркут», городские ливневые сточные воды. В контрольном створе, ниже сброса сточных вод Корпорации «Иркут» среднегодовая концентрация меди составила 2 ПДК, ртути - ПДК. Максимальные значения фенолов и меди - 3 ПДК, ртути - 2 ПДК, железа общего - 1,2 ПДК, фосфора минерального - 1,1 ПДК, азота аммонийного - 2,2 ПДК, азота нитритного - 3,7 ПДК, легкоокисляемых органических веществ по химическому потреблению кислорода (хПК) - 2,5 нормы. По индексу загрязненности (ИЗВ) вода Ангары на данном участке отнесена ко II классу. В районе г. Ангарска основными источниками загрязнения реки являются сточные воды ИТЭЦ-9 и ИТЭЦ-10, завода «Ангара-реактив» и ОАО «Ангарская нефтехимическая компания». Качество воды в реке на этом участке оценивается III-IV классом.

По Братскому водохранилищу гидрохимические наблюдения ведутся в 7 пунктах, на 13 створах. Вода реки Ангары до поступления в Братское водохранилище испытывает значительное влияние сбросов сточных вод предприятиями городов Иркутска и Ангарска. На входном створе Братского водохранилища (г. усолье-Сибирское) вода загрязняется стоками предприятий: ООО «химпромусолье», ОАО «усольский химфармкомбинат» и свинокомплекс. В воде значительно возрастает концентрация хлоридов (в 14 раз), сульфатов (в 2 раза). Максимальные концентрации составляют: по ртути - 2 ПДК, по фенолам - 3 ПДК, по железу общему - 1,9 ПДК, по азоту нитритному - 1,4 ПДК, органических веществ по БПК5 - 1,6 нормы, по хПК -2,1 нормы. Тем не менее, качество воды отнесено ко II классу. Далее по течению реки, в районе г. Свирска, в месте сброса сточных вод завода ОАО «Востсибэлемент», среднегодовые содержания меди составили 2 ПДК, ртути - на уровне ПДК. Максимальные концентрации: по меди - 3-2 ПДК, по ртути - 2 ПДК, по фенолам - 3 ПДК, по железу общему - 3,8 ПДК. Качество воды отнесено к III классу. По комплексу показателей качество воды верхней части Братского водохранилища в целом оценивается III-IV классом.

В районе пос. Балаганск значительны среднегодовые концентрации нефтепродуктов (10,8 ПДК) и фенолов (3 ПДК). Максимальная концентрация азота аммонийного - 1,7 ПДК, нефтепродуктов -19,8 ПДК, фенолов - 11 ПДК, органических веществ - 1,5 нормы. Качество воды оценивается IV классом (загрязненная). В связи с большим содержанием нефтепродуктов данный пункт наблюдений включен в Приоритетный список водных объектов, по которым необходимо неотложное осуществление водоохранных мероприятий.

Вода в приплотинной части водохранилища в районе г. Братска также загрязнена нефтепродуктами и фенолами. Максимальное значение составило: по фенолам - 3 ПДК, по нефтепродуктам - 17,6 ПДК, по содержанию органических веществ - 1,4 нормы, по азоту нитритному - 2,6 ПДК. хлорорганические пестициды не обнаружены. Ка

Таблица 2. Данные по загрязнению Братского водохранилища (залив Сухой Лог)

чество воды в данном створе отнесено к III классу.

В заливе Сухой лог Братского водохранилища (динамика загрязнения вод которого представлена в таблице 2) качество воды ухудшилось: среднегодовые концентрации нефтепродуктов - 8,4 ПДК, лигнина - 2,2 ПДК и фенолов - ПДК. Максимальные концентрации нефтепродуктов составили 18,6 ПДК, лигнина - 8,8 ПДК, фенолов - 4 ПДК, формальдегида - 3,4 ПДК, органических веществ (по БПК5) - 1,8 нормы, по ХПК - 1,2 нормы. Качество воды оценивается V классом (грязная вода).

В створе залива Дондир среднегодовые концентрации составили по нефтепродуктам - 7,2 ПДК, по лигнину - 2,5 ПДК, по фенолам - 1 ПДК. Максимальные значения нефтепродуктов - 17,2 ПДК, лигнина - 8,5 ПДК, формальдегида - 2 ПДК, фенолов - 7 ПДК, органических веществ по ХПК - 1,3 нормы. Качество воды относится к VII классу (чрезвычайно грязная вода).

Гидрохимические наблюдения Усть-Илимского водохранилища осуществляются в 10 пунктах, 13 створах. Особенностью водохранилища является его неоднородный гидрогеологический режим на разных участках. Объем воды в водохранилище формируется за счет сбросов вод через Братскую ГЭС. Соответственно, и качество вод верхней части Усть-Илимского водохранилища определяется содержанием загрязняющих веществ, поступающих из Братского водохранилища. Наиболее загрязненным является залив реки Вихоревой, куда сбрасываются сточные воды ОАО «Братсккомплексхолдинг», «Братские инженерные сети жилищно-коммунального хозяйства», хозбытовые сточные воды г. Братска. Динамика загрязнения усть-Илимского водохранилища представлена в таблице 3.

В створе пос. Седаново качество воды соответствует VII классу. Среднегодовые концентрации нефтепродуктов - 8 ПДК, фенолов - 2 ПДК, азота аммонийного - 1,2 ПДК. Максимальные значения достигали по нефтепродуктам - 11,6 ПДК, по фенолам - 4 ПДК, по фосфору минеральному -1,8 ПДК, по железу общему - 2,6 ПДК, по азоту нитритному - 2,2 ПДК, по азоту аммонийному - 5,5 ПДК, по органическим веществам по по БПК5 - 1,3 нормы, по хПК - 1,8 нормы.

Образование водохранилищ привело к изменению гидробиологического, гидрохимического и биологического режима водотоков. уменьшилась скорость течения, возросли глубины, что привело к коренным изменениям в составе ихтиофауны. Вместо ценных и многочисленных видов широкое распространение получили низкосортные особи: плотва, окунь, карась и лещ. Отрицательное влияние на рыбопродуктивность водоемов оказывают сточные воды и огромные объемы затопленной древесины.

В настоящее время общая экологическая ситуация очень сложная, особенно в примагистральных районах Иркутской области, где чрезвычайна высокая антропогенная нагрузка. Значительная прежде таежная территория пройдена сплошными рубками на 25-50%. увеличение площадей сплошных вырубок нарушает гидрологический режим территорий (учащаются наводнения, происходит постепенное снижение уровня воды в реках и озерах), изменяет микроклимат (появление и учащение песчаных бурь), оказывает негативное воздействие на биоразнообразие региона. Более того, районы интенсивных вырубок характеризуются высокой пожарной опасностью. Антропогенное воздействие, включающее образование и расширение уже имеющихся урбанизированных зон, сооружение водохранилищ,

Таблица 3. Данные по загрязнению Усть-Илимского водохранилища

строительство крупных транспортных магистралей, развитие химических производств, расширение площадей вырубок и гарей приводят к большим изменениям в пространственной структуре отдельных популяций и сообществ растений и животных. В настоящее время продолжается процесс сокращения видового разнообразия и обилия аборигенных видов практически всех экологических комплексов. Виды темнохвойных таежных ландшафтов уступают место видам лесостепных ландшафтов. В сельскохозяйственных угодьях происходит деградация травостоев со сменой растительности и, как следствие, эрозия почв.

Подобные изменения являются прямыми последствиями воздействия человека на природную среду. Конечно, все можно списать на глобальные изменения климата, связанные с его потеплением или с вековыми природными циклам. Однако, не вызваны ли глобальные изменения климата и антропогенной деятельностью?

Необходимы специальные меры по стабилизации природной системы в области. В частности разработка и внедрение экологических систем, основанных на технологии комплексной оценки экологической емкости территорий, с различными режимами природопользования, обеспечивающими сохранение природного гомеостаза, с целью сохранения ландшафтного и биологического разнообразия.

Предлагаемая технология основана на пространственно-временной методике подсчета эколого-экономического ущерба:

,

где Sнар - площадь нарушенности; Снар - степень нарушенности; Sобщ - площадь пространственного таксона; Ксв - коэффициент связи, учитывающий количество нарушенных связей уровня, в данном случае принимается равным 3 (вода, воздух, почва); Tmax - время жизни компонента; Ск - масштабный коэффициент подобия, принимающий значения от 2,3 до 3,6; n - индекс уровня, принимающий значения от 1 до количества уровней системы. Отношение S _нар /Sⁿ _общ является пространственным показателем, а T* (1/Ck) ^n-1 является показателем изменения времени взаимодействия уровней природной системы.

Преобразуя формулу путем замены коэффициента нарушенности на ПДК, а площадей - на объемы, получаем формулу для оценки ущерба водным ресурсам:

Однако в случае оценки загрязнения водных объектов необходимо учитывать его распространение не только на периферию окружающего пространства, но и по течению, так как вода является динамической системой. В стационарных водоемах динамикой можно пренебречь, поскольку формула оценки ущерба сама по себе учитывает уровни загрязнения. Что же касается рек, можно рассчитать пределы распространения загрязнения следующим образом:

L = v ⋅ t ,

где L - расстояние, которое успеет преодолеть загрязняющее вещество, распространяясь по течению реки; v - средняя скорость течения реки; t - время распада загрязняющего вещества на относительно безопасные компоненты.

Значительное количество данных, трудоемкость расчетов, ведомственные интересы и т.д. предполагают разработку технических (программных) средств. Для облегчения работы и визуального представления эколого-экономического ущерба, наносимого природной системе антропогенным воздействием, ведется разработка программы WaterRisk, функциональная спецификация которой включает:

• хранение данных о загрязнении некоторых рек и водоемов;
• хранение правил, описывающих некоторые моменты применения авторской методики, в частности, выбор радиуса окружности локального уровня в зависимости от интенсивности загрязнения;
• определение областей распространения загрязнений по водным ресурсам;
• расчет ущерба по авторской методике;
• визуальное представление областей воздействия на водную среду;
• расчет ущерба в областях наложения различных типов воздействия; анализ рассчитанного ущерба; прогнозирование возможного воздействия на водную среду;
• занесение результатов расчета в базу данных.

Человек живет в природной среде как в системе с конечным запасом энергии, определяемым известными методами ее получения. Сегодня запросы населения превысили возможности природных систем к самовосстановлению. Дальнейшее развитие человечества невозможно без экологоэкономических компромиссов. Поэтому комплексный анализ экологической емкости территорий является необходимым атрибутом грамотного природопользования.

Список литературы

1. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2003 году» / Под ред. М.Н. Щербакова. - Иркутск: ОАО НПО «Облмашинформ», 2004. - 384 с.
2. Ежегодники качества поверхностных вод и эффективности проведенных водоохранных мероприятий по территории деятельности Иркутскгидромета за 1993- 2005 гг.
3. Мусихина Е.А. Исследование влияния фактора времени на оценку состояния окружающей среды в условиях работы горнодобывающих предприятий. - Иркутск: Издво ИргТу, 2007. - 90 с.

Библиографическая ссылка