Геоинформационное картографирование антропогенного воздействия на окружающую природную среду г. Красноярска.

Ирина Выгузова

Геоинформационное картографирование антропогенного воздействия на окружающую природную среду г. Красноярска.

Создание серии тематических карт, отражающих различные виды негативного воздействия на окружающую среду Красноярской агломерации, имеющих лучшее пространственное разрешение и детализацию по конкретным загрязняющим веществам по сравнению с ежегодными докладами о состоянии окружающей среды.

Информатика

Дипломы

Вуз: Сибирский федеральный университет (СФУ)

ID: 59f474395f1be71a46b8f40c

UUID: 388db6e0-9e07-0135-c482-525400003e20

Язык: Русский

Опубликовано: около 7 лет назад

Просмотры: 75

11.5

Ирина Выгузова

Сибирский федеральный университет (СФУ)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 0 байт

Поделиться работой

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт Космических и информационных технологий Базовая кафедра геоинформационных систем УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _________ В. И. Харук подпись « 2017 г. » БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА Г еоинформационное картографирование антропогенного воздействия на окружающую природную среду г. Красноярска. 09.03.02 - Информационные системы и технологии Научный руководитель ________ доцент каф. Б-ГИС, к.т.н. А. С. Савельев подпись, дата Выпускник И. А. Выгузова подпись, дата Е. В. Федотова _ Нормоконтроллер подпись, дата Красноярск 2017

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт космических и информационных технологий Базовая кафедра геоинформационных систем УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _________В. И. Харук подпись « » 2017 г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ в форме бакалаврской работы

Студенту Выгузовой Ирине Александровне Группа КИ13-21Б, направление 09.03.02 «Информационные системы и технологии». Тема бакалаврской антропогенного работы воздействия «Геоинформационное на окружающую картографирование природную среду г. Красноярска». Утверждена приказом по университету № 2929/с от 07.03.2017г. Руководитель ВКР А. С. Савельев, доцент кафедры Б-ГИС. Исходные данные для ВКР: методические данные руководителя. Перечень разделов ВКР: введение; обзор объекта исследования, источников данных и используемого картографической основы программного для обеспечения; построения подготовка тематических карт; картографирование антропогенного воздействия на окружающую среду; заключение. Перечень графического материала: слайды презентации. Руководитель ВКР ___________ А. С. Савельев подпись Задание принял к исполнению_____________________ И. А. Выгузова подпись « » 2017 г.

РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа по теме "Геоинформационное картографирование антропогенного воздействия на окружающую природную среду г. Красноярска" содержит 52 страницы текстового документа, 22 использованных источника. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ, КАРТОГРАФИРОВАНИЕ, ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ГАУССОВА МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ, РЕГРЕССИОНЫЙ АНАЛИЗ, КРАСНОЯРСКАЯ АГЛОМЕРАЦИЯ. В работе картографировались данные Регионального кадастра отходов, данные форм 2-ТП, ежегодных государственных докладов "О состоянии окружающей среды в Красноярском крае". Цель работы: создание серии тематических карт, отражающих различные виды негативного воздействия на окружающую среду Красноярской агломерации, имеющих лучшее пространственное разрешение и детализацию по конкретным загрязняющим веществам по сравнению с ежегодными докладами о состоянии окружающей среды. Задачи работы: а) подготовка картографической основы для тематических карт на базе публичной карты Open Street Map и ее стилевое оформление; б) геокодирование источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и анализ пространственных вариаций концентраций веществ на основе Гауссовой модели диффузии; в) построение колорплетных карт объемов забора воды по муниципальным районам, а также массы сброса загрязняющих веществ в разрезе муниципальных районов и водных объектов; г) создание карты объектов размещения бытовых и промышленных отходов, построение линейных трендов для оценки динамики массы размещаемых отходов по муниципальным районам. Анализ литературы позволяет сделать вывод, что имеющиеся данные по загрязнению окружающей среды представляются в обобщенной форме и

СОДЕРЖАНИЕ Введение................................................................................................................................4 1 Обзор объекта исследования, источников данных и используемого программного обеспечения.............................................................................................. 6 1.1 Источники антропогенного воздействия на окружающую ср ед у ................. 6 1.2 Характеристика используемых источников информации............................. 11 1.2.1 Open Street Map Россия — Карта-Online..................................................... 12 1.2.2 Ежегодные государственные Доклады "О состоянии окружающей среды в Красноярском крае".................................................................................... 12 1.2.3 Данные государственной статистической отчетности 2 Т П ....................13 1.2.4 Региональный кадастр отходов Красноярского края................................14 1.2.5 Федеральный классификационный каталог отходов................................15 1.3 Используемое программное обеспечение......................................................... 16 1.3.1 Геоинформационная система QuantumGIS.................................................17 1.3.2 Библиотека для работы с географическими данными GDAL.................18 1.3.3 Статистическая обработка данных в Microsoft E x cel...............................18 2 Подготовка картографической основы для построения тематических карт ... 19 2.1 Структура слоев публичной карты OpenStreetMap......................................... 19 2.2 Получение и обработка карты в QuantumGIS.................................................. 21 2.3 Стилевое оформление слоев................................................................................ 22 3 Картографирование антропогенного воздействия на окружающую среду 23 3.1 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников ..................................................................................................................... 23 3.1.1 Геокодирование источников выбросов в атмосферу по данным 2ТПвоздух........................................................................................................................... 24 3.1.2 Методы расчета концентраций загрязняющих веществ..........................28 3.1.3 Пространственное распределение выбросов загрязняющих веществ.. 31 3.2 Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты.........................................36 3.2.1 Показатели забора и сброса воды по районам........................................... 36 3.2.2 Карты пространственного распределения массы сбросов загрязняющих веществ............................................................................................. 38 3.3 Обращение бытовых и промышленных отходов............................................. 40 2

3.3.1 Подготовка карты объектов размещения отходов..................................40 3.3.2 Анализ пространственного распределения массы обращающихся отходов ........................................................................................................................ 42 3.3.3 Регрессионный анализ массы обращающихся отходов по районам .... 44 Заключение........................................................................................................................ 49 Список использованных сокращений.......................................................................... 51 Список использованных источников........................................................................... 52 3

ВВЕДЕНИЕ Проблемы негативного воздействия на окружающую природную среду от деятельности человека являются весьма актуальными. Существенное ухудшение экологической обстановки в городах приводит к целому ряду серьезных социальных проблем, к числу которых относиться снижение продолжительности жизни и периода активности деятельности городских жителей, рост показателей заболеваемости и смертности, ухудшение психического и социального здоровья [1]. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух приводят к изменениям городского микроклимата, ухудшению состояния здоровья населения, развитию коррозии металлических зданий и бетона и снижению прочности конструкций и проч. Кроме того выбросы в атмосферу являются причиной глобальных негативных процессов, в т.ч. потепления климата на планете. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты делают негодными для хозяйственного использования один из наиболее ценных ресурсов в современном мире - поверхностных и подземных вод [2]. Главным источником загрязнения водных объектов являются сточные воды промышленных предприятий. Загрязнение водных объектов в настоящее время приобрело глобальный характер и поставило под угрозу ресурсы питьевой воды. Бытовые и промышленные отходы могут влиять на загрязнение водных объектов, атмосферы и почвы. Огромные массы образующихся и размещаемых бытовых и промышленных отходов изменяют природные ландшафты; загрязняющие вещества от свалок в конечном итоге попадают в подземные воды (через осадки) или в атмосферу (при сжигании). Наибольшему антропогенному воздействию подвержена окружающая среда вблизи городских агломераций, мегаполисов. Город Красноярск и прилегающие к нему районы имеют большую долю в антропогенном воздействии на окружающую среду Красноярского края. Здесь проживает более одного миллиона трехсот сорока тысяч человек и расположены крупные предприятия металлургической, химической 4 промышленности и

теплоэнергетики. В качестве объекта исследования выбрана территория 60-км зона вокруг Красноярска, включающая Емельяновский, Березовский, Сухобузимский, Манский муниципальные районы, а также г. Железногорск, г. Дивногорск, г. Сосновоборск. Для характеристики антропогенного воздействия на окружающую среду (ОС) природоохранные службы собирают статистическую информацию от предприятий и организаций по формам 2ТП-воздух, 2ТП-водхоз, 2ТП-отходы. Обобщенная информация по различным видам негативного воздействия публикуется в ежегодных докладах о состоянии окружающей среды. В этих докладах информация представлена в разрезе муниципальных районов. Но многие виды антропогенного воздействия имеют локальный характер и могут быть картографированы средствами геоинформационных систем (ГИС) по данным 2ТП. Целью настоящей работы является создание серии тематических карт, отражающих различные виды негативного воздействия на окружающую среду Красноярской агломерации, имеющих лучшее пространственное разрешение и детализацию по конкретным загрязняющим веществам по сравнению с ежегодными докладами о состоянии окружающей среды. Задачи работы: а) подготовка картографической основы для тематических карт на базе публичной карты Open Street Map и ее стилевое оформление; б) геокодирование источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и анализ пространственных вариаций концентраций веществ на основе Гауссовой модели диффузии; в) построение колорплетных карт объемов забора воды по муниципальным районам, а также массы сброса загрязняющих веществ в разрезе муниципальных районов и водных объектов; г) создание карты объектов размещения бытовых и промышленных отходов, построение линейных трендов для размещаемых отходов по муниципальным районам. 5 оценки динамики массы

1 Обзор объекта исследования, источников данных и используемого программного обеспечения Основным антропогенным загрязнениям подвержены крупные города и прилегающие к ним территории, т.к. рядом с ними сосредоточено большое количество предприятий, которые образуют загрязняющие вещества, население также играет роль, чем больше население, тем больше потребностей, отходов образуется. В данной работе показано негативное влияние на ОС по фактическому расположению источников загрязнения. Используемые источники данных: ежегодные государственные доклады, формы 2-ТП, Карта Open Street Map; программное обеспечение: QuantumGIS, Microsoft Excel. 1.1 Источники антропогенного воздействия на окружающую среду Под антропогенным воздействием на природную среду понимают прямое или опосредованное влияние человеческого общества на природу, приводящее к точечным, локальным или глобальным ее изменениям [3]. Выделяют несколько видов загрязнения ОС: физическое, химическое, биологическое, биотическое, механическое. Физическое загрязнение — проявляющееся в отклонениях от нормы ее температурно-энергетических, волновых, радиационных и других физических свойств. Этот вид загрязнения может быть представлен различными формами: а) тепловое загрязнение характеризуется периодическим или длительным повышением температуры среды выше естественного уровня; характерно для воздушной и водной сред (в результате выбросов/сбросов нагретых газов и отработанных вод); б) световое загрязнение связано с периодическим или продолжительным превышением уровня естественной освещенности местности за счет использования источников искусственного освещения; эта форма загрязнения 6

способна приводить к аномалиям в развитии живых организмов, стать причиной их миграции; в) шумовое загрязнение характеризуется превышением уровня естественного шумового фона; основной его источник - технические устройства, транспорт; г) радиоактивное загрязнение связано с превышением естественного радиационного фона и уровня содержания в природной среде радиоактивных элементов и веществ; д) электромагнитное - форма физического загрязнения окружающей среды, связанная с нарушением ее электромагнитных свойств; основные источники — линии электропередачи (ЛЭП), теле- и радиоустановки [3]. Химическое загрязнение — формирующееся в результате изменения ее естественных химических свойств или при поступлении в среду химических веществ, не свойственных ей, а также в концентрациях, превышающих естественные. Основными источниками загрязнения являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство [3]. Химические вещества делятся на несколько классов опасности (таблица 1). Таблица 1 — Классы опасности веществ 7

Класс опасности I класс, Характеристика Степень вредного воздействия Примеры веществ отходы полихлорированных дифенилов и терфенилов, чрезвычайно опасных отходов - очень полибромированных дифенилов, опасные высокая. Экологическая тетраэтилсвинец; крезол (остатки крезола, потерявшего система необратимо нарушена. Период восстановления потребительские отсутствует. приборы, потерявшие потребительские свойства; ртутные свойства); шлам отходы с содержащий солей мышьяка в твердом виде; ртутьсодержащие изделия, устройства, термометры отработанные и брак, потерявшие потребительские свойства; отходы асбеста, асбестовая пыль II класс, высокоопасные Степень вредного воздействия кабель опасных отходов - высокая. потребительские Экологическая система сильно отработанные, брак (неповрежденные, с не слитым электролитом); остатки рафинирования нефтепродуктов, нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия. отходы медно-жильный освинцованный, свойства; кислых смол, потерявший аккумуляторы кислого свинцовые дегтя; щелочи аккумуляторные отработанные; кислота аккумуляторная серная отработанная; отходы хлорида меди в твердом виде; отходы солей свинца в твердом виде; Продолжение таблицы 1 Степень вредного воздействия провод медный, покрытый никелем, незагрязненный, умеренно опасных отходов - средняя. потерявший опасные Экологическая система потерявший нарушена. Период восстановления не менее 10 лет материал, загрязненный маслами (содержание масел 15% и более); шлам очистки трубопроводов и емкостей (бочек, после снижения вредного воздействия от существующего топливо, источника. авиационные, III класс, потребительские потребительские свойства; свойства; ацетон, обтирочный контейнеров, цистерн, гудронаторов) от нефти; дизельное потерявшее потребительские автомобильные свойства; и моторные масла, потерявшие потребительские свойства; пыль цементная; песок, загрязненный бензином (количество бензина 15% и более); песок, загрязненный маслами (содержание масел 15% и более); навоз от свиней свежий; помет утиный, гусиный, куриный свежий; IV класс, малоопасные Степень вредного воздействия мусор опасных отходов - низкая. от бытовых помещений организаций несортированный; строительный Экологическая система отходы нарушена. Период самовосстановления не менее отработанные; отходы битума, асфальта в твердой форме; пыль черных металлов незагрязненная; пыль гипсовая; 3-х лет. пыль бетонная; пыль от шлаковаты; пыль кирпичная; из жилищ от разборки зданий; несортированные; мусор покрышки отходы мела в виде порошка или пыли; разнородные отходы бумаги и картона; отходы рубероида; опилки разнородной древесины; отходы перьев и пуха; навоз от звероводческих хозяйств свежий; 8

Степень вредного воздействия скорлупа от куриных яиц; отходы щепы, опилки и стружка опасных отходов - очень натуральной чистой древесины; деревянная упаковка низкая. из натуральной древесины; отходы бумаги и картона Экологическая система от резки и штамповки; зола древесная и соломенная; практически не нарушена. керамические изделия, потерявшие потребительские свойства; строительный щебень, потерявший потребительские свойства; бой строительного кирпича; отходы цемента в кусковой форме; лом чугунный, стальной, черных несортированный; стружка металлов и алюминия стальная незагрязненная; железные бочки, потерявшие потребительские свойства; пластмассовая незагрязненная тара, потерявшая потребительские свойства; отходы полиэтилена в виде пленки; электрические лампы накаливания отработанные и брак [4]. Механическое — загрязнение окружающей среды агентами, которые оказывают механическое воздействие (например, захламление мусором разных видов). Радиационное — антропогенное воздействие ионизирующего излучения радиоактивных веществ, превышающее природный уровень радиоактивности. Биологическое загрязнение отличается большим разнообразием и включает: а) привнесение в экосистему чуждых ей живых организмов (животных, растений, микроорганизмов); б) поступление биогенных веществ; в) привнесение организмов, вызывающих нарушение баланса популяций; г) антропогенное нарушение исходного состояния присущих экосистеме живых организмов (например, массовое размножение микроорганизмов или негативное изменение их свойств) [5]. Большинство специальных видов приборов, загрязнения однако, возможно отследить с помощью оценка влияния таких загрязнений на окружающую среду остается сложной проблемой, к ним можно отнести шумовое и световое загрязнения. Поэтому в данной работе было выделено три раздела по антропогенному воздействию на Красноярскую агломерацию, по которым будет производится исследование: 9

а) выбросы в атмосферу б) сбросы в водные объекты в) отходы промышленные, бытовые Источники данных загрязнений имеют установления предельно допустимых значений количества выбросов/сбросов в окружающую среду. Каждое предприятие, организация, район подает отчетность о количестве загрязняющих веществ, которое было выброшено/сброшено за определенный период. Регулирование допустимых выбросов устанавливается для каждого источника загрязнений, если происходит превышение максимально разрешенного уровня выбросов, то к данному источнику применяются штрафные санкции. Рассматривается крупнейших территория агломераций Красноярской в Сибири и в агломерации. России. Одна из Численность населения агломерации-миллионера в 2014 году составляла более одного миллиона трёхсот тысяч человек и по прогнозам к 2020 году может составить 1,5 миллиона человек. В городской агломерации есть ряд крупных городов и городских поселений — г. Железногорск, г. Дивногорск, г. Сосновоборск; близлежащие населённые пункты Манского, Сухобузимского, Березовского и Емельяновского районов [6]. Каждый год происходит сбор данных по антропогенному влиянию на всей территории РФ. После обработки, анализа эти данные публикуются в различных источниках, на их основе происходит построение тематических карт, показывающих влияние человека на ОС. Одним из примеров публикаций, являются ежегодные Государственные доклады "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации". В данных докладах представлены данные, которые показывают какое количество загрязняющих веществ было выброшено в атмосферу в данном районе, сколько сброшено загрязненной воды в природные водные объекты и т.д. Однако в данных докладах представлена информация, показывающая влияние деятельности человека в целом на какую либо территорию по 10

суммарным показателям. Тематические карты, созданные на основе собранных показателей, содержат данные, которые могут быть нормированы в абсолютных величинах, так и показывать влияние на единицу площади или одного жителя (рисунок 1). Количество за грязнящих веществ на одного жителя (тонн / чел.) а) Рисунок 1 — Количество загрязняющих веществ а) общее б) на одного жителя в) на единицу площади Настоящая работа своей задачей ставила в первую очередь показать фактическое распределение антропогенного воздействия от источников загрязнений. 1.2 Характеристика используемых источников информации Для создания картографического отображения были использованы несколько источников данных. На основе карты OpenStreetMap была создана картографическая основа; ежегодные государственные доклады позволили получить информацию о количестве загрязнений по районам; формы 2-ТП по 11

отходам, воздуху и водным объекта позволили получить информацию непосредственно о количестве выбросов, об источниках выбросов. 1.2.1 Open Street Map Россия — Карта-Online Open Street Map (OSM) представляет данные для тысячи сайтов, мобильных приложений и устройств. OSM создана сообществом картографов, которые добавляют и поддерживают данные о дорогах, тропах, кафе, вокзалах и многих других объектах по всему миру [7]. Основным преимуществом данной карты является то, что она постоянно обновляется Online, потому что ведет ее интернет-сообщество. Любой человек может предоставить треки со своих GPS-устройств, аэрофотоснимки, панорамы улиц. После проверки данных на достоверность, карта обновляется. К недостаткам можно отнести неравномерное пространственное разрешение. Она детальная там, где есть активность людей: в городах, вдоль трасс. Местность с отсутствием активности может отображаться с сильными искажениями. Так как объектом исследования является Красноярская агломерация, а не территория с отсутствием активности людей, в качестве источника данных была использована OSM. Данная территория представлена очень подробно, с детальным нанесением всех объектов местности: дороги, мосты, строения, заводы и другие объекты. 1.2.2 Ежегодные государственные Доклады ”О состоянии окружающей среды в Красноярском крае” Каждое издание содержит фактические сведения о качестве природной среды, о состоянии природных ресурсов края и подводит итог природной деятельности за год. Цель Доклада — дать полную и объективную характеристику состояния ОС в регионе, в том числе экологической и радиационной обстановки, использования природных ресурсов, воздействия 12

экономической деятельности на здоровье населения и природные ресурсу, экологического мониторинга, а также мер, принимаемых органами государственного контроля и надзора в области охраны ОС. Ежегодные государственные доклады содержат систематизированную аналитическую информацию о состоянии природных ресурсов и качестве ОС, в том числе в динамике [8]. Используются разделы об атмосферном воздухе, поверхностных и подземных водах, образование отходов и обращение с ним, берутся показатели антропогенного воздействия на выбранную территорию. 1.2.3 Данные государственной статистической отчетности 2ТП Форма 2-ТП (воздух) и Форма 2-ТП-воздух (срочная) "Сведения об охране атмосферного воздуха" введены в действие приказом Росстата от 29.08.2014 № 540 [9]. Данные формы заполняются юридическими лицами, предприятиями и т.д., которые имеют источники выбросов в атмосферный воздух, независимо от того, есть ли у них очистные установки или нет. Содержит информацию о виде загрязняющих веществ: твердые, газообразные и жидкие; какие вещества были уловлены и обезврежены и т.д. Форма 2-ТП (отходы) — это форма федерального статистического наблюдения "Сведения об образовании, использовании, обезвреживании, транспортировании и размещении отходов производства и потребления", сбор и обработка данных по которой осуществляются в системе Росприроднадзора [10]. Предоставляется организациями, юридическими лицами, индивидуальным предпринимателями, которые осуществляют деятельность по обращению с отходами производства и потребления. В данной форме заполняется информация о наименовании отходов, классе опасности, хранении и захоронении, количестве образовании за год. Форма 2-ТП (водхоз) — "Сведения об использовании воды" оформляется в соответствии с Постановлением Г оскомстата РФ от 13 ноября 2000 г. .№110 "Об утверждении статистического инструментария для организации МПР России 13

статистического наблюдения за запасами полезных ископаемых, геологоразведочными работами и их финансированием, использованием воды и начисленными платежами за загрязнение окружающей среды ” [11]. Предоставляют данные о заборе воды из подземных или поверхностных вод и сбросе сточных вод. Содержит информацию о количестве использованное, забранной, потерянной воды; количестве содержащихся загрязняющих веществ. 1.2.4 Региональный кадастр отходов Красноярского края Региональный кадастр отходов (РКО) — система документов, которая включает в себя данные, представляемые органами местного самоуправления, а также юридическими лицами, осуществляющими деятельность по обращению с отходами (рисунок 2); РКО вправе вести органы исполнительной власти субъектов РФ [12]. Рисунок 2 — Региональный кадастр отходов Красноярского края 14

РКО содержит перечь отходов по субъектам, информацию об агрегатном состоянии, опасных свойствах, о классе опасности, о виде обращения, о годе отчетности. 1.2.5 Федеральный классификационный каталог отходов Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО) является составной частью государственного кадастра отходов и представляет собой перечень видов отходов, находящихся в обращении в Российской Федерации и систематизированных по совокупности классификационных признаков: происхождению, условиям образования (принадлежности к определенному производству, технологии), химическому и (или) компонентному составу, агрегатному состоянию и физической форме [13]. ФККО имеет иерархическую структуру и содержит 9 блоков: отходы сельского, лесного хозяйства, рыбоводства и рыболовства; отходы добычи полезных ископаемых; отходы обрабатывающиеся промышленности; отходы потребления производственные и непроизводственные, материалы, изделия утратившие потребительские свойства; отходы обеспечения электроэнергией, газом и паром; отходы при водоснабжении, водоотведении, деятельности по сбору и обработке отходов; отходы строительства и ремонта; отходы при выполнении прочих видов деятельности, не вошедшие в блоки 1-3, 6-8. Пример приведён на рисунке 3. 15

Рисунок 3 — Фрагмент Федерального классификационного каталога отходов Для каждого отхода указывается 11-значный код, первая цифра которого указывает отношение к блоку. Каждая последующая цифра указывает на отношение к подразделу блока. 1.3 Используемое программное обеспечение Для выполнения данной работы используется QGIS, так как данный продукт обладает большим количеством инструментов для обработки данных и является бесплатным программным обеспечением [14]. Данные характеризующие загрязняющие источники обрабатываются в Microsoft Excel, который позволяет работать с большим фильтрацию по столбцам. 16 объемом данных, производить

1.3.1 Геоинформационная система QuantumGIS QuantumGIS (QGIS) — географическая информационная система с открытым исходным кодом. Каждый пользователь может проверить и исправить исходный код. Имеет простой и понятный интерфейс [14]. Пример интерфейса приведен на рисунке 4. Рисунок 4 — Пример окна QuantumGIS с загруженной картой-подложкой OpenStreetMap Позволяет работать с данными различных форматов; загружать онлайнкарты через интернет, их использование дает возможность отмечать необходимые объекты по адресам и при этом не использовать большое количество слоев; простой и понятный интерфейс пользователя не требует предварительных навыков, достаточно просто производить заполнение таблицы атрибутов, изменение свойств слоев, геообработку. 17

1.3.2 Библиотека для работы с географическими данными GDAL Модуль GDAL Tools содержит инструменты, позволяющие работать с растровыми и векторными форматами, включены инструменты для создания векторных слоев изолиний, виртуального растра VRT (Virtual Raster Tile в формате XML) из набора растровых файлов [14]. Для работы использовались различные форматы, наиболее важные для нашей области: .geotiff, .hdf, .dbf и другие. Позволяет получать метаданные о растрах: проекция, размер растра, состав слоев. GDAL использовался для перепроецирования, для объединения слоев, обрезки слоев. 1.3.3 Статистическая обработка данных в Microsoft Excel Microsoft Excel входит в состав пакета Microsoft Office. Имеет широкий спектр инструментов для работы с данными. Позволяет составлять таблицы, диаграммы и графики, на основе данных строить линии трендов, производить расчеты, вычислять сложные и простые функции, осуществлять фильтрацию данных по выбранным параметрам. Одним из плюсов Excel является возможность работать, сохранять данные в различных форматах. Так, используя формат .CSV, происходит добавление информации в таблицы атрибутов слоев в QGIS по источникам загрязнений. 18

2 Подготовка картографической основы для построения тематических карт Для создания карт, показывающих негативное воздействие на окружающую среду, необходимо подготовить картографическую основу. Для этого обрабатываются данные OSM: загрузка shape-файлов, обрезка слоев до необходимого размера, настраивается стилевое оформление слоев, для понятного восприятия отображенных объектов. 2.1 Структура слоев публичной карты OpenStreetMap Для выполнения практической части задания необходимые исходные данные были взяты с сайта Географические информационные системы и дистанционное зондирование (http//:www.gis-lab.info). На сайте наборы данных представлены совокупностью shape-файлов, разбитых в соответствии с административным делением на субъекты Российской Федерации. Был скачен архив с данными, отображающий территорию Красноярского настроенными слоями и условными обозначениями (рисунок 5). Рисунок 5 — Слои архива по Красноярскому краю 19 края, с

Исходные данные по Красноярскому краю имеют 17 слоев. Для создания тематических карт нет необходимости в использовании всех слоев, так как некоторые из них отображают объекты, не используемые в данной работе. Таблица 2 — Слои подготовленной п ространственной основы Слой Тип данных Характеристика Landuse-polygon Полигональный Слой, отображающий информацию о землепользовании. Линейный Слой, отображающий информацию о Highway-line дорогах. VegetationПолигональный Слой, отображающий информацию о polygon растительности. Building-polygon Полигональный Слой, отображающий информацию о зданиях, а именно: Название улицы, номер дома Boundary-polygon Полигональный Слой, отображающий информацию о муниципальных районах, а именно: Наименование муниципальных районов. Линейный Слой, отображающий информацию о Water-line реках, а именно: Название рек. Water-polygon Полигональный Слой, отображающий информацию об водоемах, а именно: Название водоемов. Для дальнейшей работы были отобраны слои, наличие которых необходимо для создания тематических карт. В таблице 2 представлены отобранные слои и их типы данных. Они отображают водные объекты, растительность и землепользование, транспортную структуру, здания, границы муниципальных районов и округов. Количество объектов в каждом слое: а) Landuse-polygon — 23617; б) Highway-line — 78525; в) Vegetation-polygon — 27191; г) Building-polygon — 178997; д) Boubdary-polygon — 593; е) Water-line — 11305; ж) Water-polygon — 36039. 20

2.2 Получение и обработка карты в QuantumGIS Исходные данные показывают всю территорию Красноярского края, однако, для создания тематических карт необходимо провести обрезку слоев, которая позволит отобразить только исследуемую территорию. На рисунке 6 представлена схема процесса обрезки слоев OSM. Для обрезки был создан дополнительный полигональный слой Cut_Border, имеющий границы Красноярской агломерации. Рисунок 6 — Схема обрезки слоев Обрезка векторной карты по рамке выполнялась при помощи модуля GDAL. Для этого необходимо выбрать в меню ГИС Quantum GIS пункт "Вектор" ^ "Геообработка" ^ "Обрезка". В открывшемся окне в качестве исходного векторного слоя поочередно выбирались слои карты Open Street Map, а как слой отсечения используется дополнительно созданный слой Cut_Border. Обрезка производится отдельно для каждого исходного слоя карты. Площадь Красноярского края равна 2340000 км2, после завершения обрезки исходных данных площадь исследуемой территории стала 21376 км2. 21

2.3 Стилевое оформление слоев Цветовое оформление тематических карт должно обеспечивать правильное и полное распознавание типов изображаемых объектов карты, поэтому цвета в какой-то мере соответствуют действительной окраске отображаемых объектов. В ходе создания стилевого оформления были выделены отдельные объекты отображенные на карте (таблица 3). Таблица 3 — Условные обозначения Цвет Название условных знаков Здания населенных Темно-серый пунктов Дороги Изображение на карте Светло-серый Растительность Зеленый Землепользование Оливковый Узкие реки, каналы Синий Озера, водоемы, широкие реки Синий Пример изображения части города 22 s '

3 Картографирование антропогенного воздействия на окружающую среду Деятельность человека оказывает негативное воздействие на окружающую среду. В федеральном законе "Об охране окружающей среды" выделяется несколько общих видов такого воздействия: выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников и транспорта, сбросы в водные объекты, размещение промышленных и бытовых отходов, шумовое и световое воздействие, радиационное загрязнение и др. Воздействие предприятий на окружающую среду нормируется по ПДВ, ПДС, нормативами образования и размещения отходов. Суммарные величины в течение года по видам воздействия отражаются в формах государственной статистической отчетности 2ТП-воздух, 2ТП-водхоз, 2ТП-отходы, а также в ежегодных докладах о состоянии окружающей природной среды Красноярского края. Эти доклады содержат таблицы и отчеты в разрезе муниципальных районов. Геокодирование источников негативного воздействия средствами ГИС позволяет получать более детальные карты. Для этого выполняется обработка данных 2ТП в СУБД PostgreeSQL, которые содержат информацию об источниках загрязнений, их пространственном размещении, количестве выбрасываемых загрязняющих веществ. Обработанные данные загружаются в QGIS. Создаются карты размещения бытовых и промышленных отходов; карты, отражающие негативное воздействие на атмосферу, водные объекты. 3.1 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников Стационарные источники загрязнения относятся к территории конкретного предприятия, закреплены за юридическим или физическим лицом и подлежат постоянному контролю. Для каждого вида загрязняющего вещества установлены нормативы допустимых выбросов, которые следует соблюдать 23

[15]. Данные 2ТП-воздух содержат информацию об источниках загрязняющих веществ, количестве выбросов. Данные обрабатываются в Microsoft Excel, загружаются в QGIS для вынесения источников на картографическую основу. 3.1.1 Геокодирование источников выбросов в атмосферу по данным 2ТП-воздух Схема процесса обработка данных источников выбросов в атмосферу показана на рисунке 7. Для создания тематических карт необходимо знать места расположения источников выбросов в атмосферу и иметь в таблице атрибутов характеристики, позволяющие связывать данные по количеству, типу выбросов с их источниками. Рисунок 7 — Схема процесса обработка данных источников выбросов в атмосферу 24

Статистические данные, которые собирает и обрабатывает Росстат, имеют пространственную привязку по коду Общероссийского классификатора административно-территориального деления (ОКАТО). Каждый объект имеет индивидуальный код ОКАТО. Это позволяет работать с данными на уровне муниципальных районов, строить карты, выделять объекты по необходимым территориям (рисунок 8). С помощью функции фильтрации Excel по коду ОКАТО были отобраны источники выбросов в атмосферу, входящие в Красноярскую агломерацию. В отчетах по 2тп-воздух имеются адреса источников выбросов в атмосферу, использование карты-подложки OSM, с отображением наименований улиц, номеров домов, позволяет по ней вынести источники выбросов в отдельный слой (рисунок 9, 10). 1 ID NAME ADDRESS OKVED 2 0490 Дирекция по тепловодоснабжению ст. Иланская г. Иланск, ст. Иланская,ул. Локомотивная, 6 ул. Л ок 60.10.1 04218 3 0491 Иланская дистанция пути ПЧ-5 г. Иланский,ул. 28 декабря,22 60.10.1 04218 4 0493 Иланское ремонтное вагонное депо г, Иланский, ул. Голованя, 7 60.10.1 5 0498 ООО Шапкинское ЛЗП, Енисейского р-на п. Ш апкино,ул. Центральная, 26 6 0499 МУП ЖКХ Нефтяник (ЖКХ Каргинское) 7 МО Енисейский район водных путей и судоходства 8 0501 Ивановская сельская администрация с. Ивановка, Ермаковского р-на. ул. Ленина. 12 75.11.32 L Г OKVED2 ОКАТО 04218 02.01.1 А с. Абалаково Енисейского р-на 70.32.1 к г. Енисейск, ул. Ленина, 67 63.22.2 04215 г 04215 04412 04216 9 М 2 ООО Энергоресурс М инусинский р-н, а/я 297 70.32.1 К 10 М 3 Администрация МО Нижне-Сузтукский сельсовет с. Н-Суэтук Ермаковского р-на ул. советская, 5 75.11.32 L И 0505 ЗАО Курагинское с. М аринино Курагинского р-на, ул. Береговая, 1 12 0506 Колхоз им. Ленина Ермаковского р-на Ермаковский р-н, с. Семенниково 01.11.1 А 04216 13 0507 КГУ Центр социального обслуживания Тесь г, М инусинск, ул. Абаканская, 72 а/я 112 85.31 N 04423 14 0508 МП Управление ЖКХ Курагинского р-на п. Курагино,ул. Партизанская, 101А 70.32.1 К 04230 15 0509 Семенниковская сельская администрация с. Семенниково Ермаковского р-на 75.11.32 L 04216 16 М О МУП Теплоенергия Курагинский р-н п. Курагино Курагинского р-на 40.30.3 Е 04230 17 M l АООТ Строитель (АООТ Стройдеталь )с. Идринское 26.61 DI 04217 18 М 2 Администрация МО Ойский сельсовет п. Ойский Ермаковского р-на 75.11.32 L 04216 19 М 3 Мигнинская сельская администрация с. М игна Ермаковского р-на. ул. Щетинкина, 46 75.11.32 L 04216 20 М 4 ЗАО ДПМК Каратузская с. Каратузское, Каратузского р-на. ул. Таежная, 3 62.10.1 21 М 5 Завод ЖБКИ г. Уяр ст. Уяр, ул. 30 лет Победы 04233 Г 04216 04230 Г с. Идринское И дринского р-на, ул. Титова, 28 26.61 04222 DI Г 04257 Рисунок 8 — Фрагмент таблицы исходных данных по источникам выбросов Многие предприятия занимают большую площадь, некоторые имеют несколько источников выбросов, однако, в том масштабе, который рассматривается, пространственное распределение не важно, поэтому в качестве источника выбросов указывается центр занимаемой территории. 25

Рисунок 9 — Вынос точек источников выбросов ’ » fV 9 * - - л ■ ' : » ТЭЦ-1 7 - V ^ Л . ?jf газ ► , - V Ж / ’* / ■ г . э Рисунок 10 — Спутниковый снимок Красноярской ТЭЦ-1 26 | \

Одним из таких источников является ТЭЦ-1 (рисунок 10). Электростанция имеет железобетонную дымовую трубу, высотой сто восемьдесят метров, три дымовых трубы меньшей высоты. Общая площадь территории, занимаемой сооружениями ТЭЦ, составляет 167 га [16]. Отмеченные точки сохраняются в слой Enterprise, при создании каждого объекта указывается только индивидуальный номер источника выбросов— id, который позволит связать слой с таблицей исходных данных. На рисунке 11 показан фрагмент карты с указанными источниками выбросов. После добавления всех отфильтрованных объектов в слой Enterprise, добавляется информация о каждом источнике выбросов воздействия. Для этого необходимо открыть таблицу, содержащую данную информацию, в формате .csv, как новый слой и связать со слоем Enterprise. На рисунке 12 показан фрагмент таблицы атрибутов слоя Enterprise, после создания связи между слоем и добавленной таблицей. Рисунок 11 — Фрагмент карты с созданным слоем источников выбросов 27

Si Таблица атрибутов - Predpriyatiy :: Всего объектов: 191, отфильтровано: 191, выделено: 1 {1 ?} {2,... в 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 ■*> Р Ч, id — % Я Vozduh_NAME ■£ Vozd uh_ADDRES S Vozduh_OKVED 641 ОАО Красноярскэнергоспецремонт г. Красноярск, ул. Элекгириков, 160 40.10.41 Е 4401 642 МУПП Водоканал г. Красноярск г. Красноярск, ул. Парижской коммунны, 41 70.32.1 К 4401 643 ЗАО Красноярский ЯР-Шина г. Красноярск, ул. Тамбовская, 5 25.11 ОН 4401 684 ОАО Красноярский речной порт г. Красноярск, УЛ. Коммунальная, 2 63.11.1 1 4401 691 ООО Левобережное спецуправление г. Красноярск, ул.Дудинская,3 45.33 F 4401 700 ОАО Красноярское АТП -1 г. Красноярску. Спандаряна, 1 63.40 I 4401 994 ООО Комбинат Волна г. Красноярск, ул. Мусорского, 15 26.65 01 4401 995 ОАО Германий г. Красноярск, ул. Транспортный проезд, дом1, ... 27.45 DJ 4401 г. Красноярск, ул. Алексеева, 107 63.40 1 4401 г. Красноярск, ул. Пограничников, 46 20.30.1 DD 4401 996 ООО Технологь 1259 ООО Деревообрабатывающая компания Мек... Спра ih_Oi Vozduh_OKATO В Рисунок 12 — Фрагмент таблицы атрибутов слоя источников выбросов На данном этапе были обработаны исходные данные по источникам выбросов в атмосферу. В результате обработки создан точечный слой Enterprise, добавлена информация об источниках в таблицу атрибутов слоя. Общее количество источников выбросов — 191 объект. 3.1.2 Методы расчета концентраций загрязняющих веществ Основным документом, регламентирующим рассеивание и определение приземных концентраций примесей из источников выбросов в России, является "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86" [17]. Методика предназначена для решения практических задач, связанных с прогнозом загрязнения атмосферного воздуха, и использует формулы, полученные на основе решения уравнения турбулентной диффузии [17]. Методика позволяет производить расчеты рассеивания примесей, выбрасываемых в атмосферу одиночными точечными, линейными источниками и группой источников, с учетом влияния рельефа местности, определять предельные концентрации загрязняющих веществ в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикальное распределение концентраций [17]. 28

Выброс вредных веществ в атмосферу должен производиться таким образом, чтобы загрязнение воздушной среды в приземном слое не превышало установленных предельно допустимых концентраций [18]. На процесс рассеивания в атмосфере выбрасываемых из дымовых труб и вентиляционных устройств промышленных выбросов существенное влияние оказывают следующие факторы: состояние атмосферы; физические и химические свойства выбрасываемых веществ (плотность, температура газа, дисперсный состав пыли и т.д.); высота и диаметр источника выброса; расположение источников; рельеф местности [17]. Пример распределения концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом высокого точечного источника показан на рисунке 13. Рисунок 13 — Распределение концентраций загрязняющих веществ от источника Модели строятся на предположении, что шлейф загрязняющего вещества имеет гауссово распределение и концентрация в заданной точке по направлению ветра может быть рассчитана с помощью обобщенного уравнения Гаусса [19] 29

К 1 (х-^)2 х ) = 77 ш ' е 2"2 • (1) где а — среднеквадратическое отклонение распределения; а 2 — дисперсия; ^ — математическое ожидание. Достоинства модели, благодаря которым она нашла наибольшее применение при расчетах загрязнения атмосферы в большинстве стран мира, заключается в следующем [19]: а) поле концентрации от одного или нескольких источников выбросов описывается алгебраическими соотношениями, благодаря чему машинные реализации этой модели отличаются высоким быстродействием и не требуют больших объемов памяти [19]. б) Гауссово приближение рассеяния позволяет учитывать множество факторов, влияющих на уровни концентраций примесей в приземной атмосфере [19]. На каком-то, сравнительно близком от начальной зоны загрязнения, расстоянии концентрация примесей над поверхностью земли начинает достигает максимального значения, а затем сначала быстро, а потом медленно начинает уменьшаться [20]. Для построения карты, отображающей пространственное распределение загрязняющих выбросов в атмосферу, необходимо используя формулу распределения Гаусса(рисунок 14). 30 произвести расчеты,

Интеграл общего объема выбросов равен 1, для расчета выбросов в заданных точках берется интеграл от рассматриваемой площади. 3.1.3 Пространственное распределение выбросов загрязняющих веществ Карта пространственного распределения выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников построена по данным 2ТП-воздух и заранее подготовленному слою источников выбросов (см. п.3.1.1). При помощи ГИС Quantum GIS выполнена реляционная связь этих таблиц по коду предприятия и получен точечный слой в формате ESRI Shapefile, содержащий для каждого предприятия массы выбросов по более чем 50 загрязняющим веществам за 2015 г. Для оценки пространственного распределения выбросов различных загрязняющих веществ используется упрощенная модель Гауссовой диффузии: предполагается линейное уменьшение влияния выбросов и их изотропность. Рельеф местности и преобладающие направления ветров не учитываются. При этом на карту выносится величина, имеющая выражаемая в тоннах на километр 31

(по аналогии с картами потенциалов). Для этого написана программа на языке Python, которая по регулярной сетке точек в системе координат Гаусса-Крюгера вычисляет эти «потенциалы» и выводит их в файл в формате CSV, в котором первые два столбца содержат координаты точки, а третий - полученную величину. Интерфейс программы представлен на рисунке 15. import numpy as np from math import sqrt from sys import stdin # Функция для разбора входного файла в формате CSV def loadFromFile(F): Points=[] while True: nextLine = F.readline(); if not nextLine: break vals = nextLine.split('\t') Points.append([float(x) for x in vals]) return Points # Загрузка входных данных через стандартный поток ввода P = loadFromFile(stdin) # Обход по сетке с шагом 5 километров for x in np.arange(16440000.0, 16550000.0, 5000.0): for y in np.arange(6190000.0, 6290000.0, 5000.0): s = 0 # Инициализация # Для всех источников выбросов for xp,yp,v in P: # Вычисление расстояний dist = sqrt((x-xp)**2 + (y-yp)**2) s += v/dist print x,y,s 32

Рисунок 15 — Параметры для аппроксимации кубическими сплайнами Полученные CSV-файлы для каждого загрязняющего вещества были загружены в Quantum GIS, где на их основе построены точечные слои сетки, по которой построена пространственная аппроксимация пространственного распределения выбросов при помощи кубических сплайнов (рисунок 16). Для этого использовалась ГИС SAGA. При этом использовались следующие параметры: минимальное количество точек - 3; максимальное количество точек - 20; уровень толерантности - 140 м.; размер получаемой ячейки - 100 м. В результате получен файл в формате GeoTIFF, для которого заданы стили отображения, используя квантили и классификацию значений на 5 классов. В Quantum GIS построены макеты карт, примеры которых для общих выбросов и диоксида углерода показаны на рисунке 17, 18. 33

Проекты □ Правка в Вид Слой щЩ Установки Модули Вектор щ ф* Растр р База данных & р Интернет SCP Анализ данных Справка Ц £ Йт 0 т w \в яррй U i щ щ ъ ъ Щ В ♦ *>: * 1 * 0 1 1 [ £ * * ГО Raster calculus Raster creation tools Raster filter Raster tools Raster visualization Simulation Table tools Terrain Analysis - Channels Terrain Analysis - Hydrology Terrain Analysis - Lighting Terrain Analysis - Morphometry Terrain Analysis - Profiles Vector <-> raster Vector general tools Vector line tools Vfector point tools Vector polygon tools Операции обработки изображений Геоалгоритмы QGIS [116 геоалгоритм... Команды GRASS GIS 7 [314 геоалгори... Модели [0 геоалгоритмов] Скрипты [0 геоалгоритмов] Ybu can add more algorithms to the toolbox, Удален 1 элемент легенды. Координаты 16554272,6287531 Масштаб 1:582 190 - и Magnifier [100% С Вращение 0,0 С * Отрисовка ф USER: 100000 (OTF) Рисунок 16 — Пространственная аппроксимация в Quantum GIS 34 Q

Рисунок 17 — Карта пространственного распределения выбросов загрязняющих веществ Рисунок 18 — Карты пространственного распределения диоксида углерода 35

Легенды представляют распределение объёмов выбросов. 3.2 Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты Использование воды имеет значительные негативные последствия: сброс загрязненных и недостаточно-очищенных вод в поверхностные водоемы, накопители и на рельеф приводит к загрязнению поверхностных и грунтовых вод. Данные государственных докладов содержат информацию о количестве забора свежей и сброса загрязненной воды. Данные обрабатываются и загружаются в QGIS для создания тематических карт. 3.2.1 Показатели забора и сброса воды по районам Схема процесса обработка данных источников сбросов в водные объекты показана на рисунке 19. Для картографического отображения влияния на водные объекты, используются данные государственных докладов. На основе данных, по количеству забора свежей воды и сброса загрязненной воды в млн. м3, были созданы тематические карты (рисунок 20, 21). Рисунок 19 — Схема процесса обработки данных по источникам сброса в воду 36

По данным картам можно увидеть, что в 2015 г. наибольшие объемы забираемых и сбрасываемых вод отмечаются в Красноярске и Железногорске. Одной из причин такого количества используемых вод является большое количеством населения, промышленности в данных городах. Рисунок 201 — Показатели забора свежей воды Рисунок 21 — Показатели сброса загрязненной воды 37

Легенда представляет распределение сбросов в млн м3. 3.2.2 Карты пространственного распределения массы сбросов загрязняющих веществ Основные загрязняющие вещества, поступающие в водные объекты, при превышении ПДК, изменяют физические и химические свойства воды, что существенно ухудшает качество воды и может делать невозможным ее использование в бытовых и питьевых целях. Наиболее часто в загрязненных поверхностных и подземных водах встречаются: хлориды, сульфаты, цинк, железо, нитраты, фенолы. Данные 2ТП-водхоз использованы для создания карт, отображающих пространственное распределение массы сбросов загрязняющих веществ по муниципальным районам. На рисунке 22 показано распределение цинка, наибольшее количество цинка выбрасывается в г. Красноярске, наименьшее в г. Железногорске и Емельяновском районе. Рисунок 22 — Общее количество массы сбросов цинка по районам за 2015 год 38

На рисунке 23 показано загрязнение водных объектов цинком. Цинк в воде содержится в виде солей и соединений. В случае, если количество цинка в воде превышает норму, человек может получить значительный ущерб организма. Особенно сильно он нарушает метаболизм железа и меди в организме. Наибольшее количество цинка сбрасывается в Енисей, наименьшее в Базаиху и Качу. Среди источников цинка по массе выделяются: ООО "КрасКом", ТЭЦ-1, МУП "Жилкомсервис" г. Сосновоборска, ООО "Аэропорт Емельяново", МП "Гортеплоэнерго" г. Железногорска. Масса сброса цинка в реки за 2015 год Рисунок 23 — Масса сброса цинка в реки за 2015 год Данные 2ТП-водхоз содержат информацию о водопользователях, водных объектах, о наименованиях загрязняющих веществ, количестве сброшенных загрязняющих веществ по каждому источнику загрязнения. На их основе созданы карты, отображающие распределение загрязняющих веществ по водным объектам. 39

3.3 Обращение бытовых и промышленных отходов Схема процесса обработки данных по массам обращения бытовых и промышленных отходов приведена на рисунке 24. Промышленные и бытовые отходы являются основным источником загрязнения ОС. Они способны приводить к глобальным и локальным негативным изменениям в экосистеме, устранение таких изменений достаточно сложный процесс, который не всегда возможен. Рисунок 24 — Схема процесса обработки данных по массам обращения бытовых и промышленных отходов 3.3.1 Подготовка карты объектов размещения отходов Для создания наглядного отображения размещения бытовых и промышленных отходов, использовалась карта кадастра отходов по территории центральных районов Красноярского края. Была произведена обрезка исходных данных, классификация отходов по типу размещения: свалки, несанкционированное размещение, полигоны отходов, отвалы, крытые и открытые площадки и т.д. (рисунки 25, 26). 40

Рисунок 252 — Объекты размещения твердых бытовых отходов Размещение объектов промышленных отходов на территории Красноярской агломерации Объекты промотходы • другой объект, для которого установлен лимит ■ котлован, карьер Сухобузимский район о крытая площадка с водонепроницаемым покрытием о крытая площадка с водонепроницаемым покрытием А отвал, террикон, шлакозолоотвал • открытая площадка с водонепроницаемым покрытием • открытая площадка с грунтовым покрытием С А полигон промышленных отходов [> шламонакопитель (шламохранилище) * D З А ТО Железногорск А городской округ Сосновоборск : . ° i> Го О Красноярск 0ю городской округ:$ивногорск ( Березовский район I Манский район 1 0 #А О Рисунок 26 — Объекты размещения промышленных отходов 41

Отображение размещений отходов показывает, что на территории Красноярской агломерации существует большое количество несанкционированных свалок. Размещаясь на почвенном покрове, разложение таких отходов способны причинить огромный вред земле, подземным водам и растительности. 3.3.2 Анализ пространственного распределения массы обращающихс отходов Для изучения динамики массы обращения отходов за период 2006-2015 гг. были построены линейные регрессионные модели, отражающие основные тенденции в увеличении или уменьшении количества образующихся отходов. Полученные линии трендов позволяют прогнозировать изменения в массах обращения отходов на ближайшие годы и наглядно представить характер этих изменений. Угловой коэффициент на графике линейной регрессии показывает увеличение или уменьшение количества отходов. Тематическая карта, на которой отражен этот угловой коэффициент показывает пространственную динамику масс обращения отходов в разрезе муниципальных районов. Для картографического отображения динамики массы обращающихся отходов были использованы данные регионального кадастра отходов, разработанном в Красноярском филиале АО "Научно-исследовательский и производственный центр "Природа" на основе форм государственной статистической отчетности 2ТП-отходы. Кадастр отходов функционирует на базе СУБД PostgreeSQL, из которой данные были выгружены в формат Excel (рисунок 27). Данные представлены таблицами, содержащими информацию б обращении отходов в разрезе предприятий и муниципальных районов по следующим разделам: а) наличии отходов на начало отчетного года; б) образовании отходов за отчетный год; в) поступлении отходов из других организаций; 42

г) использовании отходов; д) обезвреживании отходов; е) передачи другим организациям, из них: - для использования - для обезвреживания - для хранения - для захоронения ж) размещении отходов на собственных объектах за отчетный год, из них: - хранение - захоронение з) наличии на предприятиях на конец отчетного года. Муниципальные образования А Наличие Образование отходов на отходов за начало отчетный год отчетного года Посту пле ие отходов из ДРУГИХ организаций Всего в т.ч. по импорту Размещение отходов на собственных объектах за отчетный год из них Передача другим организациям Использование Обезвреживание отходов отходов из них всего ДЛЯ для ДЛЯ для захоронен использов обезврежи хранения ия ания в ания всего хранение захоронение Наличие на предприятиях на конец года 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 3,3 7706,485 5791,139 0 12306,725 0,63 1193,569 274,876 4,641 0 914,052 0 0 0 0 81254,45 54834,276 2,756 0 42611,072 0,003 3749,745 16,145 1730,768 0 2002,792 8462,37 8462,37 0 89730,662 Мане кий р-н 0 799670,886 0 0 799635,292 0 35,594 0 0,006 0 35,588 0 0 0 0 Сухобузимский р-н 0 34972,023 0 0 34616,53 0 355,49 30,923 3,259 0 321,308 0 0 0 0,003 0 1017,581 0 Березовский р-н Емельяновский р-н г Дивногорск г Железногорск г Красноярск г Сосновоборск 157,327 6164,374 0 0 4215,726 0 2094,832 1075,236 2,015 8205,091 48369,468 73494,022 0 317,508 0,02 39539,11 2947,233 25,219 1363441,603 527526,23 0 1117441,102 809,874 1014063,7 401059,14 1888,16 983,028 610126,39 0 0,24 0 0,803 0 474,704 13990548,09 0 14860,747 21583 475,507 0 15 0 0 11,143 1,476 88292,859 1919,083 826437,7 500939,63 325458,444 13423742,81 35968 35968 0 35968 21852,996 14713,662 88294,335 Рисунок 27 — Фрагмент таблицы данных регионального кадастра отходов Наиболее важной с точки зрения воздействия на окружающую среду является информация об образовании отходов за отчетный год, использовании и обезвреживании отходов (была получена сумма этих показателей), размещении отходов на собственных объектах. По этим показателям была получена группировка данных по кодам ОКАТО при помощи SQL-запросов и серия таблиц, в которых по строкам идут муниципальные районы, а по столбцам образование, утилизация и размещение отходов за 2006-15 гг. Код SQL-запроса: 43

SELECT a.raion, b.name FROM ttpo_ent a, district WHERE a.raion=b.id GROUP BY a.raion, b.name ORDER BY a.raion b 3.3.3 Регрессионный анализ массы обращающихся отходов по районам Для построения графиков и линий трендов использовался Excel, чтобы спрогнозировать дальнейшее уменьшение или увеличение количества образований, размещений, использование и обезвреживание отходов по районам, необходимо задать отображение уравнения линий трендов, имеющий вид у = к •х + b , (2) где к — угловой коэффициент; b — показывает пересечение с осью OY; x — независимая переменная. В случае, если коэффициент к будет принимать отрицательное значение, то это означает уменьшение динамики данных, если будет положительное значение, то это означает увеличение. При анализе всех данных определяется: уменьшается или увеличивается негативное влияние на окружающую среду в районах. На рисунке 28 можно наглядно увидеть графики и линии трендов районов (названия районов определяются по таблице 3 — Коды ОКАТО) по разным показателям. Например, линии трендов, по данным образования отходов на конец отчетного года за 10 лет, показывают, что в Железногорске динамика образований отходов увеличивается, коэффициент уравнения положительный, в Сухобузимском районе, наоборот, уменьшается, коэффициент уравнения отрицательный. 44

Рисунок 28 — Линейная регрессия массы образования отходов Использование данных Регионального кадастра отходов, также позволяет оценить влияние каждого района в процентном отношении. С помощью построения диаграмм в Excel можно определить, какой из районов имеет наибольшую или наименьшую долю образования, размещения, утилизации отходов. Представленная гистограмма (рисунок 29) отражает пространственное распределение массы образования и размещения отходов на полигонах за 2015 год. Наибольшее количество размещенных отходов приходится на г. Красноярск и Березовский район. Среди этих отходов по массе выделяются золошлаки ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, минеральные шламы производства алюминия на Красноярском алюминиевом заводе, а также бытовые отходы, размещаемые на объектах ООО «Юрма-М», ОАО «Автоспецбаза», ООО 45

«Красноярский жилищно-коммунальный комплекс», ООО «Вторичные ресурсы Красноярск» . Рисунок 29 — Распределение масс обращения отходов по районам Наибольшее г. Красноярск образующихся количество (что образованных объясняется бытовых большим отходов и отходов приходится количеством большим числом населения на и предприятий промышленности) и Манский район, в котором основная масса образования отходов (грунт, образовавшийся от вскрыши при добыче полезных ископаемых) приходится на ООО «Голд Филд». Масса образования отходов остальных муниципальных районов, в которых в основном расположены сельскохозяйственные предприятия, мала. Для картографического отображения коэффициентов линейной регрессии, была создана и загружена в QGIS таблица, содержащая их значения (рисунок 30). 46

Рисунок 30 — Значение угловых коэффициентов Используя полученные коэффициенты, были созданы тематические карты, по которым можно визуально представить динамику по районам. Для отображения подписей районов были использованы коды ОКАТО, применяя таблицу 3, достаточно просто определить название района или города. Таблица 3 — Коды ОКАТО Код ОКАТО Название 04205 Березовский район 04214 Емельяновский район 04231 Манский район 04251 Сухобузимский район 04401 Красноярск 04409 Дивногорск 04433 Сосновоборск 04535 Железногорск Числовые значения показывают, на сколько с каждым годом увеличиваются или уменьшаются массы обращения отходов в каждом районе. Угловой коэффициент в уравнении линейной регрессии позволяет сделать прогноз ситуации с образованием и размещением отходов в муниципальных районах на ближайшие годы. Рисунок 31а показывает рост массы образования отходов имеет в Емельяновском, Манском районах, г. Дивногорск, г. Железногорск, г. Сосновоборск, снижение в Березовском, Сухобузимском районах 47

Рисунок 31 — Картографическое отображение коэффициента уравнения линейной регрессии а) образование отходов б) утилизация отходов в) размещение отходов Размещение отходов имеет рост в Березовском районе, Железногорске, Сосновоборске, снижение в Емельяновском районе, Дивногорске и имеет не значительные изменения (0 < k < 1) в Сухобузимском, Манском районах (рисунок 31 в); использование и обезвреживание отходов имеет рост в Манском, Емельяновском районах, Железногорске, Сосновоборске (рисунок 31 б). 48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Создана серия тематических карт, отражающих различные виды негативного воздействия на окружающую среду Красноярской агломерации, в т.ч. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы в водные объекты, образование и размещение бытовых и промышленных отходов. Полученные карты отражают антропогенное воздействие на окружающую среду не только на уровне муниципальных районов, но и локальные особенности пространственного размещения объектов негативного воздействия. В результате решены следующие задачи: а) на основе публичной карты Open Street Map подготовлены картографическая основа на территорию Красноярской агломерации и ее стилевое оформление; б) на основе информации 2ТП-воздух произведено геокодирование источников выбросов в атмосферу, был вынесен 191 объект. Произведен анализ распределений концентраций веществ на основе Г ауссовой модели диффузии; в) были построены карты объемов забора воды по муниципальным районам на основе государственных докладов. Наибольшее количество забора имеет г. Красноярск и г. Железногорск. Были использованы данные 2ТП-водхоз и на их основе построены карты массы сброса загрязняющих веществ в разрезе муниципальных районов и водных объектов. Наибольшее количество сброса загрязняющих веществ (цинка) происходит в реку Енисей; г) подготовлены карты объектов промышленных и бытовых отходов. Выделено 67 объектов промышленных отходов; 97 объектов бытовых отходов. На основе данных РКО были построены линии трендов по образованию отходов. В г. Железногорск и в г. Сосновоборск динамика образования отходов увеличивается; д) создана серия тематических карт, отражающих различные виды негативного воздействия на окружающую среду Красноярской агломерации. Таким образом, поставленные цели и задачи работы были достигнуты. 49

Подготовленные карты пространственного распространения выбросов загрязняющих веществ и разработанная программа расчета концентраций по растровой сетке могут быть в дальнейшем усовершенствованы в части учета направления преобладающих ветров и с использованием модели рельефа. Используемые в работе методы позволяют масштабировать полученные результаты для составления карт антропогенного воздействия на окружающую среду на территорию Красноярского края в целом. 50

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ ГИС — Геоинформационная система ОС — Окружающая среда ОКАТО — Общероссийский классификатор административно территориального деления ПДК — Предельно допустимая концентрация ПДС — Предельно допустимый сброс РКО — Региональный кадастр отходов ТБО — Твердые бытовые отходы ФККО — Федеральный классификационный каталог отходов OSM — Open Street Map QGIS — QuantumGIS 51

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Бобров Е. А. Социально-экологические проблемы крупных городов и пути их решения [Электронный ресурс] : электронный журнал / Научные ведомости Белогородского государственного университета. — 2011. — №15. — Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sotsialno-ekologicheskie-problemykrupnyh-gorodov-i-puti-ih-resheniya 2 Мыларщиков А.М. Систематизация методов оценки антропогенного воздействия на окружающую среду [Электронный ресурс] : электронный журнал — 2012. — Режим доступа: http://mukovedenie.m/mdex.php?id=197 3 Г руппа 640 РГРТУ [Электронный ресурс] : конспект лекций по экологии / Антропогенное воздействие. Загрязнение и его виды. — Режим доступа : http://rgrtu-640.narod.ru/ekologiya/3 6. html 4 РИА НОВОСТИ / Россия сегодня [Электронный ресурс] : Экология. Классы опасности вредных веществ и отходов. Справка. — Режим доступа : https://ria.ru/eco/20120326/606570176.html 5 РГАУ-МСХА Зооинженерный Классификация загрязняющих факультет [Электронный ресурс] : веществ. — Режим доступа : http://www.activestudy.info/klassifikaciya-zagryaznyayushhix-veshhestv/ 6 Академик [Электронный ресурс] : Красноярская агломерация это. — Режим доступа : http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1813229 7 Сайт OpenStreetMap [Электронный ресурс] : OpenStreetMap. — Режим доступа : http://www.openstreetmap.org/about 8 Государственный доклад "О состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2008 году" — Красноярск, 2009. — С. 226. 9 Программы для экологов [Электронный ресурс] : Форма 2-ТП воздух. — Режим доступа : http://ecoreport.ru/forma-2-tp-vozduh.html 10 Программы для экологов [Электронный ресурс] : Форма 2-ТП отходы. — Режим доступа : http://ecoreport.ru/forma-2-tp-othody.html 52

11 ЭкоПромПроект [Электронный ресурс] : Форма 2-ТП водхоз. — Режим доступа : http://www.eco-nn.ru/m_2-tp_vodhoz.html 12 Голиченков А. К. Экологическое право России: словарь юридических терминов [Электронный ресурс] : Учебное пособие для вузов / А. К. Г оличенков, С. А. Боголюбов, Г. А. Волков. — 2008 — Режим доступа: http://biblio.dvags.ru/marcweb/Pdf/.. %5 Cpdf%5 CBooksNew%5Cgolichenkov 1.pdf 13 Федеральный классификационный каталог отходов: приказ от 18.07.2014. №445 — Москва, 2014 — С. 75 14 Сайт программного обеспечения QuantumGIS [Электронный ресурс]: Документация QGIS 2.0. — Режим доступа: http://docs .qgis. org/2.0/ru/docs/user_manual/plugins/plugins_gdaltools. html 15 Экологические услуги [Электронный ресурс] : Источники выбросов. — Режим доступа : https://ecolusspb.ru/articles/istochniki/ 16 Википедия [Электронный ресурс]: Красноярская ТЭЦ-1 — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Красноярская_ТЭЦ-1 17 Бекетов В. Е. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и методики расчета приземных концентраций [Электронный ресурс] : конспект лекций / В. Е. Бекетов, Г. П. Евтухова, Ю. Л. Коваленко. — Харьков : ХНАГХ, 2011. — Режим доступа: http://eprints .kname.edu.ua/21234/1/СЮ_печ_вар_пл_2009_3 5Л_24_09_2010_РА ССЕИВАНИЕ_5_К_Лекции_осенний_семестр_зам.pdf 18 Научно-образовательная литература [Электронный ресурс]: Методика расчета высоты трубы, для рассеивания выбросов — Режим доступа: http://libraryno.ru/2-3-4-metodika-rascheta-vysoty-truby-dlya-rasseivaniya-vybrosovsist_zash_sr_ob/ 19 Ложкина О. В., Попов В.В., Кузнецова А.Д. Анализ физико математических моделей атмосферной диффузии применительно к оценкам воздействия автотранспорта на городскую среду [Электронный ресурс] : электронный журнал — Режим http://masters .donntu.org/2014/fknt/stetsjuk/library/article5.htm 53 доступа:

20 Лейкин И. Н. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий: (Проектирование и расчет) — Москва : Химия, 1982. — С. 34. 21 Государственный доклад "О состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2015 году" — Красноярск : Природа, 2016. — С. 334. 22 СТО 4.2 — 07 — 2014. Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению, и оформлению документов учебной деятельности: стандарт организации. — Красноярск, 2014. — С. 60. 54

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв