Эколого-геофизический мониторинг территорий городских агломераций.

...Мониторинг городских агломераций (урбанизированных территорий) представляет собой систему мониторинга второго уровня (локальный мониторинг).

Изменение природной среды на территории городов, преобразование ее в так называемую природно-техническую экосистему с явным преобладанием технического компонента над природным привели к тому, что в крупных городах в худшую сторону изменилась экологическая обстановка. Это, в свою очередь, вызывает необходимость организации на территории промышленно-городских агломераций многоцелевого комплексного мониторинга, в том числе и с широким применением геофизических средств наблюдения.

При организации эколого-геофизического мониторинга промышленно-городских агломераций следует учитывать некоторые особенности урбанизированных территорий. В частности, это многообразие физико-геологических условий и сосредоточение на сравнительно небольших по площади территориях и в ограниченных объемах подземного пространства большого числа различных источников вещественного (химического и биологического) и энергетического (физического) воздействия на среду. Эти источники воздействуют на все компоненты окружающей

Рис. 7.9. Схема организации комплексного многоцелевого геофизического мониторинга городских агломераций

природной среды и на все природные и природно-технические экосистемы. В силу этого могут возникать неблагоприятные с экологических позиций явления, негативным образом отражающиеся на растительном и животном мире в городах и на условиях жизнедеятельности людей.

Другая существенная особенность городских агломераций, которую следует учитывать при организации системы мониторинга, - затруднения в размещении сети наблюдений, связанные с плотной застройкой, и в проведении геофизических измерений, что обусловлено высоким уровнем фона индустриальных помех.

Объектом изучения при проведении геофизического мониторинга городских агломераций является вещественно-энергетическое взаимодействие человека и природной среды, в результате чего происходят изменения геологического пространства, служащего основанием и вмещающей средой городского поселения, вместе со всей заключенной в его объеме инженерной "начинкой". Значительно меняются условия существования городских экосистем и жизнедеятельности городского населения.

Конфигурация системы мониторинга городских агломераций может быть представлена в виде нескольких взаимосвязанных блоков, как это показано на рис. 7.9. Один из двух основных блоков - блок техногенного (антропогенного) воздействия - отображает действие источников физического, химического и биологического загрязнения среды. Второй - городские агломерации - объединяет среду обитания и жизнедеятельности объектов живой природы и человека (биосферу, или экосферу), основание и вмещающую среду инженерных объектов (геологическую среду, или геосферу) и, наконец, сами инженерные объекты и элементы инженерной инфраструктуры города (техносферу). Остальные блоки системы мониторинга представляют собой структуры системы сбора данных, банков данных и банков пользователей и раскрывают схему сбора, обработки, хранения и способы передачи информации, а также определяют круг пользователей (Инженерно-геологический и геофизический мониторинг..., 1993).

Из приведенной схемы видно, что мониторинг городских агломераций представляет собой комплексную систему со сложной и разветвленной наблюдательной сетью, позволяющей анализировать изменение большого количества параметров. Среди этих параметров наличествуют и те, которые контролируются с применением геофизических методов. При этом ряд параметров, например удельное электрическое сопротивление, температура, радиоактивность, определяют биологическое и химическое, ( тогда как другие параметры - напряженность электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля, амплитуда и частота механических колебаний, акустические параметры - техногенное физическое загрязнение.

Механизм взаимодействия техносферы, геосферы и биосферы городских территорий представляет собой передачу сигнала-воздействия от источника через среду к объекту воздействия. Взаимодействие источников со средой в целом или с отдельными ее компонентами (эффект избирательности) можно рассматривать как первый этап передачи воздействия. На этом этапе в геологическом пространстве города, в его геосфере, техносфере и экосфере, которые представляют собой объекты воздействия со стороны разнообразных техногенных источников, происходят изменения, впоследствии проявляющиеся в изменении экологической ситуации в пределах городской территории. На втором этапе имеет место воздействие измененной среды на биосферу (растительный и животный мир, население) и техносферу, могущее приводить к негативным последствиям.

Примером эколого-геофизического мониторинга городской агломерации (локальный уровень) могут служить наблюдения, проводившиеся в пределах поселка Косино, примыкающего к микрорайону Новокосино на юго-востоке Москвы. В поселке по инициативе местных органов самоуправления были начаты экологические исследования, в том числе по обоснованию водоохранной зоны уникального объекта природы - Косинских озер.

Для обоснования сети режимных наблюдений во времени и в пространстве перед организацией мониторинга было выполнено эколого-геофизическое и гидрогеологическое районирование территории. В задачу проводимых исследований входило: расчленение геологического разреза на глубину 10 - 20 м; картирование древних долин, зон распространения озерных отложений и плывунов; оценка удельного электрического сопротивления (УЭС) грунтов верхней части разреза в целях их геоэкологической и литологической классификации; оценка загрязнения поверхностных озерных вод (в пределах прибрежной части оз. Белого); оценка взаимосвязи поверхностных и подземных вод в районе оз. Белого. Решение первых трех задач осуществлялось с помощью наземных исследований методами электроразведки (ВЭЗ, ЭП) и малоглубинной сейсморазведки методом преломленных волн (МПВ), последних двух - с помощью комплекса аквальных наблюдений методами "русловой геофизики" и гидрохимического опробования (см. разд. 4.4).

В результате эколого-геофизического районирования территории было установлено, что особенности природной геологической обстановки во многом определяются характером палеорельефа. Так, по результатам ВЭЗ было доказано, что контуры ложбины водно-ледникового стока контролируют структуру взаимодействия подземных и поверхностных вод. Выявленные по данным ЭП загрязненные ленты тока грунтовых вод направлены от техногенных источников загрязнения (промзона, сельскохозяйственный комплекс, Московская кольцевая автодорога) в сторону упомянутой ледниковой ложбины и оз. Белого. Одновременно было установлено наличие движения грунтового потока по ложбине с севера на юг. По данным аквальных геофизических наблюдений в оз. Белом было выявлено несколько аномальных зон, подтверждающих результаты наземного картирования. Результаты районирования использовались для выбора сети наземных и аквальных геофизических наблюдений и точек гидрогеохимического опробования.

На рис. 7.10 представлены результаты одного из циклов эколого-геофизического мониторинга на территории поселка

Рис. 7.10. Результаты эколого-геофизического мониторинга территории поселка Косино (летний цикл режимных наблюдений) (Кузнецов и др., 1995):

1 - направления грунтового потока в плане; 2, 3 - вертикальные восходящие и нисходящие движения подземных вод; 4 - контуры ложбины водно-ледникового стока; 5, 6 - положительные и отрицательные аномалии температуры; 7, 8 - положительные и отрицательные аномалии ЕП; 9, 10 - положительные и отрицательные аномалии минерализации; 11 - направление сноса загрязнения Косино.

Наибольший интерес представляют данные о развитии зон повышенного техногенного химического, физического и биологического загрязнения прибрежных частей оз. Белого и примыкающих к ним территорий. Так, в пределах юго-восточной части озера электрические сопротивления грунтов в верхней части разреза и придонных слоев воды по отношению к общему фону этих параметров летом резко понижаются. Здесь же имеют место локальные, положительные относительно фона аномалии ЕП, свидетельствующие о наличии разгрузок подземных вод. Очевидно, что эта аномальная зона связана с наличием ленты тока сильно минерализованных (загрязненных) вод, снижающих сопротивление грунтов и уменьшающих сопротивление придонного слоя воды в озере. Тренд температуры в пределах этой зоны летом всегда положителен, что свидетельствует о том, что разгружающиеся воды имеют температуру несколько большую, чем температура придонных слоев воды. Гидрогеологическое опробование подтвердило аномальное содержание нитратов, позволившее утверждать, что выделенная аномальная зона имеет техногенную природу и обусловлена загрязнением грунтовых вод, поступающих с южной и восточной частей территории, где расположены сельскохозяйственные объекты.

Иная геоэкологическая ситуация в северо-западной части оз. Белого, вблизи протоки, соединяющей его с оз. Черным. По данным летних наземных геоэлектрических наблюдений, здесь имеет место значительное повышение удельного электрического сопротивления (до 120 Ом · м) пород в верхней части разреза. На том же участке в акватории выделяется отрицательная "региональная" аномалия температуры придонных грунтов, достигающая летом 4°С, а также несколько локальных аномалий повышенных (до 50 - 52 Ом · м) сопротивлений придонных слоев воды, свидетельствующих о наличии водопритоков с пониженной минерализацией. Устойчивое сочетание пониженной минерализации придонных слоев воды с резким понижением температуры придонных грунтов и увеличением сопротивлений фунтов в верхней части разреза указывает на наличие разгрузки холодных слабоминерализованных подземных вод, приуроченной к хорошо проницаемым донным отложениям. Было установлено, что выявленная зона не меняет своего положения во времени, не связана с техногенезом и определяется только природными факторами.

Длительное изучение источников загрязнения показало, что на качество грунтовых вод поселка негативно влияют автодорога (зимнее засоление), применение удобрений на приусадебных участках и другие источники. Геофизическими методами выявлены разгрузка теплых вод со стороны трикотажной фабрики, довольно широкая полоса разгрузки загрязненных и более теплых вод с востока-северо-востока в оз. Белое (предположительно, со стороны свинокомплекса). Были выявлены процессы эвтрофикации воды (биозагрязнения) озер Белого и Светлого за счет смыва и сноса удобрений с окружающих сельскохозяйственных угодий и частных огородов и садов.

Наиболее полно эколого-геофизический мониторинг городских агломераций России был реализован в последние годы в работах НПО "Аэрогеофизика" в рамках программы "Усталые города", разработанной Э.Я. Островским. Целью программы являлся мониторинг промышленных городов с населением, превышающим 300 - 500 тыс. человек. В пределах таких городов наблюдается расширение зоны дискомфорта человека ("утомление", "напряжение" и т.п.). Индикаторами дискомфорта служат такие показатели, как уровень радиационного фона, физико-химическое загрязнение воздушного бассейна и некоторые другие. Поэтому при реализации программы помимо аэрогаммаспектрометрической съемки используются также аэрозольная, газовая и тепловая аэросъемки, проводимые последовательно в заданные моменты времени по закрепленной сети воздушных профилей. Результаты мониторинга после комплексной обработки и визуализации данных оперативно передаются в муниципальные и природоохранные органы...