Геохимическое картографирование городских ландшафтов
Большинство карт городов, составляемых на ландшафтно-геохимической основе, имеют экологическую направленность. При картографировании, как правило, отражается структура городских ландшафтов согласно классификации, составляются покомпонентные карты содержания химических элементов и соединений, далее на основе анализа – интегральные эколого-геохимические карты, карты районирования и зонирования территории, выявления проблемных ситуаций и др. [94, 107, 108, 109, 110 и др.]. Эколого-геохимическоекартографирование города выполняется с целью проследить пространственное распределение загрязнения на его территории и часто является составной частью комплексного экологического картографирования.
Выделяется четыре направления геохимического картографирования городов: инвентаризационное, ситуационное, индикационное, оценочно-прогнозное [41].
На инвентаризационных картах показывают источники техногенного воздействия с характеристикой выбросов, стоков и отходов, поступающих от них в городскую среду. При этом используются данные инвентаризаций, статистических отчетностей, обобщающих данных. На карте источники воздействия отображаются точечными или площадными (вместе с зонами воздействия) значками. Для показа объемов и структуры выбросов, стоков, отходов используются структурные значки (круговые или столбчатые диаграммы). Размер знака соответствует суммарной величине отходов, а его внутренняя структура – составу выбросов по основным ингредиентам. К данному направлению относятся также карты функционального зонирования территории.
На ситуационных (факторных) картах отображаются природные особенности ландшафтов, которые могут повлиять на их эколого-геохимическую характеристику. На ландшафтно-геохимических картах показывают такие факторы миграции элементов, как гранулометрический состав пород, содержание гумуса, рН, Еh, объем биомассы и др. Как факторные можно рассматривать карты устойчивости городских ландшафтов к отдельным видам загрязнителей (тяжелых металлов, нефтепродуктов и др.).
Карты городских ландшафтов, составляемые на основе классификации А. И. Перельмана и Н. С. Касимова (см. предыдущий раздел), отражают различия в условиях миграции химических элементов, обусловленные природными и техногенными факторами, и поэтому являются ситуационно-инвентаризационными.
Основными источниками для составления подобных карт служат крупномасштабные топографические карты и схемы функционального зонирования городов. Для характеристики природной неоднородности территории привлекаются также тематические компонентные карты: геологические, почвенные, геоботанические. Анализ геологических карт дает сведения о литологическом составе и генезисе пород, мощности зоны аэрации, тектонических нарушениях. Почвенные карты – важный источник информации об основных почвообразующих процессах, сорбционной емкости, трансформации почв под воздействием хозяйственной деятельности (почвы окультуренные, нарушенные и др.). Геоботанические карты дают возможность определить тип БИКа, объем и химический состав биомассы, изменения растительных сообществ на городской территории. Сведения о типах функциональных зон городов также конкретизируются: дополняются данными о видах промышленных предприятий, плотности населения, этажности застройки, интенсивности транспортных потоков, типах зеленых насаждений.
На рис. 21.4 показана ландшафтно-геохимическая карта г. Светлогорска, составленная В.С. Хомичем и др. для отображения направленности и интенсивности миграции техногенных веществ [98]. Авторы использовали описанные выше подходы к классификации городских ландшафтов с некоторой их модификацией. Так, на уровне рода элементарных ландшафтов введена категория техногенно-обусловленных «новообразованных» ландшафтов. К новообразованным элювиальным ландшафтам отнесены территории, осушенные и перекрытые техногенными отложениями (полигоны отходов, золоотвалы). Они существенно возвышаются над сопредельными территориями, что приводит к миграции аккумулированных в них веществ как с инфильтрационными потоками, так и с поверхностным стоком. Новообразованные аккумулятивно-элювиальные ландшафты выделены на местах обширных выемок, образовавшихся после добычи песка. К новообразованным субаквальным отнесены гидротехнические сооружения по очистке сточных вод (шламохранилища, биопруды, поля фильтрации).
Функциональное зонирование территории г. Светлогорска нашло отражение на карте ландшафтно-геохимического (ландшафтно-экологического) районирования. С учетом ландшафтной и градостроительной ситуации выделено 10 ландшафтно-экологических районов (рис. 21.5). Предпочтение было отдано районированию городской территории в связи с тем, что планировочный район является удобной территориальной единицей не только для отображения эколого-геохимической ситуации, но и для планирования оптимизационных мероприятий.
Рис. 21.4. Ландшафтно-геохимическая карта г. Светлогорска [98]. Р о д л а н д ш а ф т о в: 1 - трансэлювиальные крутосклоновые, 2 - трансэлювиальные пологосклоновые, 3 - элювиальные субгоризонтальные, 4 - элювиально-аккумулятивные, 5 – транссупераквальные, 6 - собственно супераквальные, 7 – трансаквальные, 8 – аквальные, 9 - новообразованные элювиальные, 10 - новообразованные элювиально-аккумулятивные, 11 - новообразованные аквальные. В и д л а н д ш а ф т о в: 1 - на водно-ледниковых песках, 2 - на эоловых песках, 3 - на древнеаллювиальных песках пологоволнистой повышенной флювиогляциальной равнины; 4 - на аллювиальных песках поймы; 5 - на озерно-ледниковых песках плоской озерно-аллювиальной равнины; 6 - на озерно-ледниковых супесях пониженной озерно-аллювиальной равнины; 7 - на аллювиальных супесях, 8 - на аллювиальных суглинках поймы; 9 - на пойменных торфах; 10 - на низинных торфах, 11 - на переходных торфах пониженной озерно-аллювиальной равнины; 12 - на верховых торфах пологоволнистой повышенной флювиогляциальной равнины; 13 - на техногенных отложениях.
Рис. 21.5. Схема ландшафтно-экологического районирования г. Светлогорска [98]. Ландшафтно-экологические районы: 1 - западный малоэтажной жилой застройки на пологоволнистой повышенной флювиогляциальной равнине с преобладанием элювиальных ландшафтов; 2 – центральный многоэтажной застройки на пологоволнистой повышенной флювиогляциальной равнине с преобладанием элювиально-аккумулятивных ландшафтов; 3 – восточный промышленный на плоской озерно-аллювиальной равнине с преобладанием элювиально-аккумулятивных ландшафтов; 4 – южный лесохозяйственный с преобладанием супераквальных ландшафтов; 5 – северо-восточный сельской застройки, агро- и лесохозяйственный на возвышенной флювиогляциальной равнине с преобладанием элювиальных ландшафтов; 6 – юго-восточный санирующих, агро- и лесохозяйственных геосистем на пониженной озерно-аллювиальной равнине с преобладанием элювиально-аккумулятивных ландшафтов; 7 – пойменный западный агрохозяйственный; 8 – пойменный северный рекреационный; 9 – пойменный северо-восточный санирующих и агрохозяйственных геосистем; 10 – пойменный восточный агрохозяйственный.
В пределах г. Светлогорска четко выделяются следующие функционально-планировочные районы: западный жилой, центральный жилой и восточный промышленный. Кроме этого непосредственно связана с городом и находится в зоне его влияния территория восточнее промышленной зоны: этот район выделен как восточный агро- и лесохозяйственных и санирующих геосистем. В пределах каждого района (за исключением пойменных) выделены более мелкие территориальные единицы - ландшафтно-экологические подрайоны. При этом учтен принцип достаточной однородности выделяемых подрайонов с точки зрения их принадлежности к исходным (или новообразованным) ландшафтам и, соответственно, одинаковой (близкой) реакции на антропогенные воздействия, а также однотипности их функционального использования.
Приведенные карты территории г. Светлогорска послужили основой для составления картосхемы комплексной оценки экологической ситуации (см. далее в разделе 21.4).
Индикационные карты показывают содержание отдельных элементов и соединений в компонентах ландшафтов (почвах, растениях, водах) или средах (снег, донные отложения). К ним относят моноэлементные карты, оценочные моноэлементные, карты ассоциаций сонахождения элементов, карты суммарного загрязнения.
Основой серии индикационных карт являются моноэлементные карты. Они составляются по данным геохимического опробования и строятся преимущественно методом изолиний. Карты позволяют проследить пространственную изменчивость содержания химических элементов в компонентах ландшафтов. На рис. 21.6 показано распределение ртути в почвах г. Гомеля. По данным исследования, среднее содержание ртути в поверхностном горизонте почв города составило 0,12 мг/кг, изменяясь от значений ниже чувствительности метода до 3,62 мг/кг сухого вещества. Встречаемость – 82,9%, коэффициент вариации – 211%. Участки почв с высоким содержанием элемента весьма ограничены по площади и выделяются в различных частях города. Они приурочены к району индивидуальной застройки центральной части города; производственным функциональным зонам; пойме р. Сож в районе очистных сооружений.
Рис. 21.6. Распределение ртути в почвах г. Гомеля, мг/кг [111]: 1 – менее 0.05, 0.06-0.10, 0.11-0.20, 0.21-0.40, более 0.40.
На оценочных моноэлементных картах фиксируется отклонение геохимических показателей от фоновых значений элементов. Они позволяют выявить пространственные закономерности распределения техногенных аномалий по отдельным элементам и соединениям. Изолиниями на картах отображаются показатели КС или КПДК элементов (см. раздел 21.2).
Карты ассоциаций сонахождения отражают ореолы рассеяния группы элементов с концентрациями выше определенного порогового уровня аномальности. Каждая точка наблюдений в этом случае характеризуется тем или иным сочетанием элементов с аномальным уровнем содержания (например, Pb12Cd8Cu4Zn3, где нижний индекс показывает значение КС или КПДК). В итоге, на исследуемой территории оконтуриваются ореолы выявленных ассоциаций. Карты используются для анализа техногенных миграционных потоков.
Карты суммарного загрязнения строятся по аналогии с оценочными моноэлементными, однако показывают отклонение от фоновых значений выявленной ассоциации элементов-загрязнителей. Изолиниями на картах отображается показатель ZC (рис. 21.7), методика расчета которого приведена в п. 21.2.
Рис. 21.7. Карта суммарного загрязнения почв г. Гомеля согласно показателя ZC [111]. Показатель суммарного загрязнения: 1 – менее 4; 2 – 4-8; 3 – 8-16; 4 – 16-32; 5 – более 32.
Оценочно-прогнозные карты отражают связь между содержанием химических элементов в компонентах ландшафта и состоянием биологических систем. Они отличаются комплексными характеристиками, используются для планирования природоохранных мероприятий и оценки экологического ущерба от хозяйственной деятельности. К данному типу относятся комплексные эколого-геохимические карты, экологического риска, медико-геохимические, а также эколого-геохимического районирования и зонирования. Оценочными территориальными единицами при этом служат ландшафтно-функциональные комплексы – техногенные модификации природных элементарных ландшафтов, выделенные на основе сочетания функциональной и ландшафтной структур города [112]. Оценка может выполняться по отношению к отдельным видам организмов (древесные растения, лишайники и др.), биоценозам и населению городов.
Источниками для построения таких комплексных карт являются карты городских ландшафтов, индикационные геохимические карты, данные специальных полевых исследований. Методика комплексной оценки эколого-геохимической ситуации, оценки экологического риска и построения соответствующих карт приведены в разделе 21.4.