Геоэкологический мониторинг

Целью выполнения курсового проекта является закрепление теоретических знаний по курсу «Геоэкологический мониторинг» посредством составления проекта комплексного эколого-геохимического мониторинга на территории Асиновского района Томской области. ...

Введение
Геоэкологическое задание……………………………………………………………...4
1. Тематический и ситуационный раздел………………………………..…………..7
Административно-территориальное расположение района мониторинга…….…..7
Климатическая характеристика…………………………………………………….….7
Характеристика поверхностных вод……………………………………………….….8
Природные ресурсы Асиновского района……………………………………………9
Земельные, лесные, водные ресурсы……………………………………………….…10
Охотничье-промысловые ресурсы……………………………………………………10
Рекреационные ресурсы…………………………………………………………….….11

1.2 Геоэкологическая характеристика и техногенная нагрузка ………………..….12

Состояние атмосферного воздуха Томской области………………………….…….12
Состояние снегового покрова Асиновского района……………………….………..13
Состояние почвенного покрова Асиновского района………………………………16
Состояние поверхностныхвод Томской области…………………………………...19
Результаты биогеохимических исследований Асиновского района…………….…21
Результаты исследования биосубстратов (волосы)…………………………………22
Состояние здоровья населения, проживающего на территории
Асиновского района Томской области………………………………………………..23

1.3 Цели и задачи мониторинга…………………………………………………….…25

2 Методический раздел…………………………………………………………….27
2.1 Методика исследований…………………………………………………………..27
Обоснование пространственной сети наблюдений…………………………………28
Обоснование временного режима наблюдений…………………………………….30
2.2 Методы исследований…………………………………………………………….32
Методы отбора, подготовки и обработки проб……………………………………33
2.3. Методы лабораторных испытаний и анализа проб…………………………...41
Методика обработки данных…………………………………………………………46

Заключение

Список использованной литературы

Целью выполнения курсового проекта является закрепление теоретических знаний по курсу «Геоэкологический мониторинг» посредством составления проекта комплексного эколого-геохимического мониторинга на территории Асиновского района Томской области.
В процессе выполнения курсового проекта необходимо решить следующие задачи:
• составить геоэкологическое задание на выполнение работ;
• обосновать необходимость организации мониторинга;
• выбрать методику исследований;
• обосновать наблюдательную сеть (пункты мониторинга) и периодичность измерений (отбора проб);
• правильно определить необходимые лабораторные методы анализа;
• определить сроки и виды камеральных работ;
• обосновать необходимые природоохранные мероприятия.
Основой курсового проекта являются литературные данные геоэкологических и эко лого-геохимических исследований, проведенных на территории Асиновского района, а так же материалы своей научно-исследовательской работы. Объектом мониторинга в данной курсовой работе является Асиновский район, расположенный на юго-востоке Томской области.

Благодаря тополям, впитывается большая часть вредных веществ из окружающей среды. Листья тополей в городе Асино отбирались в 2009 году студенткой ТПУ ИГНД Литусовой Е.А.. Пробы листьев тополя черного на территории г. Асино Томской области были отобраны в пяти точках по территории города с целью выявления наиболее загрязненных районов. В г. Асино листья тополя отбирались в сентябре месяце в пяти точках на территории города: ул. П.Морозова СШ№1, ж/д станция Асино, ул. Мичурина Асфальтный завод, ул. Ленина здание администрации и пересечение ул. Ленина и Сельская. В конце исследования был получен результат по содержанию в золе листьев тополя 24 химических элементов, включая малоизученные радиоактивные и редкоземельные.По полученным данным были рассчитаны коэффициент концентрации и коэффициент биологического поглощения (табл. 5). Коэффициент биологического поглощения позволяет выявить спектр элементов, которые растением поглощаются из почвенных растворов. Кроме того проведено сравнение с литературными данными, для выявления специфики региона.Таблица 5Соотношение коэффициента биологического поглощения и коэффициента концентрации [15]Место отбора пробКоэффициент биологического поглощения(относительно кларка литосферы по Григорьеву)Коэффициент концентрации (относительно среднего содержания в золе растительности по С.М. Ткаличу, 1969г.)г. АсиноBr1,4 Ca1,4 Sr0,4 Sb0,2Ta10 Sr4 Sb1 Ca1 Hf0,5 Из таблицы видно, что к элементам, специфично накапливающихся из почвенных растворов относится бром. Вероятно, сказывается влияние автотранспорта. Об этом же свидетельствует присутствие высоких концентраций сурьмы. Специфичными элементами, превышающими среднее значения по С.М. Ткаличу, 1969г.[32] является гафний и тантал. Возможно, на их накопление влияет транспортировка по железной дороге и пыление перевозимыми грузами прилегающей территории. Кальций, стронций и сурьма присутствует в обоих геохимических рядах преимущественного накопления. Можно отметить, что кальций и стронций растения избирательно аккумулируют для построения механических тканей. Также повышенные концентрации сурьмы могут быть связаны с угольными источниками.Используя данные, полученные с инструментального нейтронно-активационного анализа, были рассчитаны средние значения по элементам для исследуемого города. Результаты были систематизированы и представлены на рисунке 6.Рис. 6. График распределение средних содержаний элементов в зольном остатке относительно среднего содержание элементов по С.М. Ткаличу [32]Итак, из приведенного графика хорошо видна интенсивность распределения элементов в зольном остатке листьев тополя в г. Асино. В основном по всем элементам нет превышений относительно среднего содержания в золе растительности по С.М. Ткаличу. Лишь количество стронция, мышьяка и кальция превышает литературные данные. Интересно отметить, что спектр редкоземельных элементов мы не можем сравнить со средним по С.М. Ткаличу, 1969г. в виду отсутствия данных. Для редкоземельных элементов можно отметить закономерно более высокое содержание Ce по среднему с La и минимальную концентрацию лютеция.В общем, можно сказать, что г. Асино имеет пониженные концентрации практически по всем элементам, определенных с помощью анализа, а это может свидетельствовать об относительно благоприятной экологической обстановки городской среды.В г. Асино относительно среднего повышены концентрации лишь по танталу, мышьяку и кальцию. Таблица 6Биогеохимический ряд средних содержаний элементов в зольном остатке листьев тополей по городам и годам отбора проб (мг/кг) [15]Место отбора пробБиогеохимический ряд средних содержаний элементовг. АсиноSr(123) - Ba(44) - Cr(18) - Rb(6) - Br(2,3) - Co(1,7) - As(1)Мы можем видеть, что в г. Асино наблюдается высокие концентрации лишь одного стронция, поступление которого можно объяснить в данном районе лишь влиянием автотранспорта. В целом, по стронцию можно сказать, что чем больше город, тем выше содержание данного элемента в окружающей среде. По результатам анализа биогеохимических показателей г. Асино характеризуется низкими концентрациями химических элементов, что отражает минимальную трансформацию природной среды этой территории [15].Результаты исследования биосубстратов (волосы)Химический состав волос является маркером экологического неблагополучия территории, а также может использоваться как индикатор природно-техногенных обстановок, поскольку отражает региональные особенности в накоплении элементов на территории проживания населения. Волосы человека отражают уровень поступления химических элементов в организм человека. Они же являются самым доступным для массовых исследований биосубстратом.Асиновский район находится в северо-восточном направлении от Томск-Северской промышленной агломерации и, в определенной мере, испытывает на себе негативное воздействие от ветрового переноса веществ от зоны СПУ при преобладающем направлении ветров. Пробы волос были взяты у детей (мальчиков и девочек) в возрасте от 3 до 15 лет. Пробоподготовка проводилась на кафедре геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета. Для количественного определения химических элементов использовался метод инструментального нейтронно-активационного анализа. В ходе анализа было определено содержание в волосах 29 элементов, включая малоизученные радиоактивные (U, Th) и редкоземельные. Рис. 7. Коэффициенты концентрации элементов в волосах детей, проживающих в Асиновском районе по коэффициентам концентрации элементов относительно средних значений для Томской области [27]Согластно этим данным Асиновский район характеризуется повышенным содержанием Lu в пробах волос детей относительно средних значений для Томской области. Также наблюдается небольшое превышение содержания таких элементов как Hf, Au, Ta [27].Состояние здоровья населения, проживающего на территории Асиновского района Томской областиОрганами федеральной службы в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Томской области выполнено ранжирование административных районов области по показателю общего комплексного загрязнения окружающей среды, в соответствии с которым Асиновский район входит в число районов с максимальным уровнем комплексного загрязнения окружающей среды, наряду с такими районами как Томский, Тегульдетский, Кожевниковский, Парабельский.Рис 7. Схематическая карта Томской области по показателю комплексного загрязнения среды [14].По данным Департамента здравоохранения Томской области Асиновский район занимает 3 место по степени превышения общей заболеваемости и первичной инвалидности среднеобластного показателя. 1 место2 место3 местоСтепень превышения заболеваемости среднеобластного показателяобщая заболеваемостьсистема кровообращенияорганы пищеваренияпервичная инвалидностьРис 8. Карта-схема локализации некоторых видов заболеваемости взрослого населения на территории Томской области [14]Цели и задачи мониторингаОсновной целью мониторинга является оценка эколого-геохимической обстановки на территории Асиновского района Томской области на основании данных о современном состоянии отдельных компонентов окружающей природной среды.Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:определить основные источники воздействия на окружающую среду;оценить состояние следующих природных сред: атмосферный воздух, снеговой покров, почвенный покров, поверхностные воды, донные отложения, растительность;составить программу эколого-геохимического мониторинга с использованием данных ранее проведенных исследований, нормативно-методических документов;осуществить контроль изменения состояния природных сред;дать прогноз изменения состояния природных сред;дать рекомендации по оптимизации экологической ситуации и минимизации воздействия источников загрязнения на территории района.Необходимость проведения мониторинга Асиновского района обусловлена расположением данной территории в направлении преобладающих ветров относительно г. Томска и г. Северска, что значительно увеличивает техногенную нагрузку района. На состояние окружающей среды данной территории влияют не только выбросы собственных предприятий, но и промышленные предприятия Томского района. Поставленные задачи следует решить в три этапа:подготовительный;полевой;камеральный.На стадии подготовительного периода составляется геоэкологическое задание. Он включает также в себя сбор, анализ и обработку материалов по ранее проведенным работам. Производится подготовка к полевым исследованиям, приобретается и подготовляется к работе оборудование и снаряжение.На основании результатов сбора материалов и данных о состоянии природной среды составляются схематические экологические карты и схемы хозяйственного использования территории, предварительные легенды, оценочные шкалы и классификации, а также планируются наземные маршруты с учетом расположения выявленных источников техногенных воздействий.Итоги этого этапа используются для корректировки программы работ и составления оптимальной схемы исследований.В рамках полевого этапа выполняются следующие стадии:маршрутные наблюдения;опробование территории;лабораторно-аналитические исследования.Маршрутные наблюдения должны предшествовать другим видам полевых работ и выполняться после сбора и анализа имеющихся материалов о природных условиях и техногенном использовании исследуемой территории [35].Маршрутные наблюдения выполняются для получения качественных и количественных показателей и характеристик состояния всех компонентов экологической обстановки (поверхностных и подземных вод, почв, растительности, антропогенных воздействий), а также комплексной ландшафтной характеристики территории с учетом её функциональной значимости и экосистем в целом.Маршрутное геоэкологическое обследование застроенных территорий должно включать:- обход территории и потенциальных источников загрязнения с указанием его предполагаемых причин и характера;- выявление и нанесение на схемы и карты фактического материала визуальных признаков загрязнения (пятен мазута, химикатов, нефтепродуктов, несанкционированных свалок пищевых и бытовых отходов, источников резкого химического запаха, и т.п.).Во время проведения полевого этапа выполняется опробование компонентов природной среды.Необходимо максимальное использование полевых приборов. Важно соблюдать требования по отбору, хранению и транспортировке проб; вести журнал полученных данных. Упаковка проб должна исключать потери анализируемых веществ, их контакт с внешней средой, возможность любого загрязнения.Цель полевых работ, лабораторных исследований и анализа проб – своевременно получить сведения о составе и свойствах испытуемых объектов в природных и техногенных условия залегания.Лабораторно - аналитические работы. После отбора проб необходимо подготовить их для анализа. Лабораторно – аналитические исследования производятся в специальных аналитических, аккредитованных лабораторий. Приборы и оборудование, используемые для отбора проб и проведения исследования должны быть проверены Центром Стандартизации и Метрологии. Используемые для исследования проб вещества и химическая посуда должны соответствовать ГОСТам и техническим условиям.Камеральные работы проводятся для общего сбора информации по всем видам опробования. Производится регистрация и оценка качества результатов анализа проб, выделение, интерпретация и оценка выявленных эколого - геохимических аномалий, выявляются источники загрязнений. Также производится анализ полученных данных, строятся карты техногенной нагрузки, и разрабатываются рекомендации по проведению природоохранных мероприятий. Для обработки полученных результатов используются ГИС – технологии. В конце камерального периода составляется отчет, включающий оставления текстовых приложений [35].2. Методический раздел2.1 Методика исследованийПредмет и объект исследованийОбъект исследования – территория Асиновского района Томской области. Предмет исследования – компоненты окружающей природной среды: атмосферный воздух, снежный и почвенный покров, поверхностные воды, растительность.Атмосферный воздух является хорошим индикатором роста выбросов вредных веществ в результате процессов индустриализации и урбанизации, что ведет, в свою очередь к увеличению содержания примесей на значительном расстоянии от источников загрязнения и к глобальным изменениям в составе атмосферы.Снеговой покров, являясь естественным планшетом-накопителем, отражает загрязнение окружающей среды, обусловленное поступлением химических элементов от различных источников. При этом, в условиях развития сплошного снегового покрова, загрязнение, фиксируемое в нем, является функцией выпадения микроэлементов из атмосферы, в том числе в составе твердых частиц. Почвы, как продукт сложного биохимического преобразования горных пород, содержат широкую гамму химических элементов: в составе почв фиксируются как природные составляющие, характерные для почвообразующих пород, так и частицы техногенного происхождения, поступающие за счет выбросов промышленных предприятий. Особое внимание к изучению содержаний элементов в почве, как долговременной депонирующей среде, вызвано способностью этих элементов накапливаться в ней, а также возможностью их поступления по трофическим цепям в организм человека. Мониторинг водных объектов является обязательным составляющим звеном локального мониторинга и осуществляется в целях своевременного выявления и прогнозирования негативных процессов, влияющих на качество вод и состояние водных объектов; разработки и реализации мер по предотвращению вредных последствий этих процессов; оценки эффективности осуществляемых водоохранных мероприятий; информационного обеспечения управления и контроля в области использования и охраны водных объектов.Донные отложения, являясь важной частью водной системы, определяют ее экологическое состояние. Обладая значительной сорбционной емкостью, они накапливают загрязняющие вещества. Их изучение позволяет изучить не только динамику изменения состава окружающей среды за довольно долгий период времени, но и выделить интервалы наиболее интенсивного поступления элементов в депонирующую среду.Растения являются уникальным индикатором загрязнения окружающей среды. Именно в растениях накапливаются вредные химические вещества и элементы, содержащиеся как в почвенном покрове, так и а атмосферном воздухе [35].Обоснование пространственной сети наблюденийПри разбивки сети наблюдения за состоянием атмосферного воздуха, почвенного и снегового покровов, растительности, поверхностных вод и донных отложений учитываются ландшафтно-геоморфологические особенности, главенствующее направление ветра (юго-западные), мощность источников выбросов, данные ранее проведённых исследований, нормативные документы.Используем точечную сеть наблюдения [35]. Для наибольшей результативности и наглядности все точки отбора природных сред должны быть максимально совмещены в пространстве и во времени. Размещение пунктов мониторинга представлено на рис 9.Организация эколого-геохимического мониторинга компонентов окружающей среды осуществляется согласно [5, 21], а также на основе многолетнего опыта сотрудников кафедры [36].28956018173704096867606503390906032514160507620с. Батуринос. Михайловкас. Филимоновкас. НовокусковоУсловные обозначения:- Точка наблюдения за поверхностными водами и донными отложениями- Точка наблюдения за атмосферным воздухом, почвенным покровом, снеговым покровом, растительностью. Гамма-радиометрическая, гамма-спектрометрическая съемка- Точка наблюдения за почвенным покровом, снеговым покровом, растительностью. Гамма-радиометрическая, гамма-спектрометрическая съемка212725890905с. Большедороховог.Асинос. ЯгодноеРис 9. Схема размещения пунктов мониторинга на территории Асиновского районаПравила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах изложены в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» [10]. Пункт наблюдения за состоянием атмосферного воздуха устанавливается на основании руководства по контролю загрязнения атмосферы [26] в административном центре Асиновского района (г. Асино). Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляют с помощью маршрутных постов. Постом наблюдения является выбранное место (точка местности), на котором размещают павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно (нецелесообразно) установить стационарный пост. Одна машина за рабочий день объезжает 4 - 5 точек. Порядок объезда автомашиной выбранных маршрутных постов должен быть одним и тем же, чтобы обеспечить определение концентраций примесей в постоянные сроки. При определении уровня загрязнения воздуха, характерного для данного района города пост должен быть расположен на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. Благодаря значительному перемешиванию городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: на асфальте, твердом грунте, газоне. Если пост разместить на закрытом участке (вблизи высоких зданий, на узкой улице, под кронами деревьев или вблизи низкого источника выбросов), то он будет характеризовать уровень загрязнения, создаваемый в конкретном месте, и будет или занижать реальный уровень загрязнения из-за поглощения газов густой зеленью, или завышать из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений.Маршрутные посты размещаются в местах, выбранных на основе обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками и изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем эпизодических наблюдений, расчетов полей максимальных концентраций примесей. При этом следует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. Одновременно с отбором проб воздуха или регистрацией концентраций примесей на маршрутных постах проводятся метеорологические наблюдения за скоростью, направлением ветра, температурой воздуха, состоянием погоды. Продолжительность метеорологических наблюдений составляет 10 мин. [26].Пункты наблюдения за состоянием почвенного покрова, снегового покрова и растительности устанавливаем в административном центре района - г. Асино, а также в крупных населенных пунктах - сс. Ягодное, Большедорохово, Новокусково, Филимоновка, Михайловка. В каждом пункте контроля отбор проб осуществляется методом конверта, т.о. в сс. Ягодное, Большедорохово, Новокусково, Филимоновка, Михайловка точки отбора снега, почв и растительности размещаются методом конверта: 2 на въезде в населенный пункт, 2 – на выезде и 1- в центре. В г. Асино – точечная сеть наблюдения – около основных производств, всего 11 пунктов.Точки мониторинга снегового покрова размещаются в этих населенных пунктах так же в соответствии с рекомендациями, приводимыми в работах В.Н. Василенко [2] и И.М. Назарова [23] и руководству по контролю загрязнения атмосферы [26]. Точки мониторинга почвенного покрова размещаются в соответствие с рекомендациями ИМГРЭ [22], а также согластно [5] с учетом уклона рельефа, гидрогеологических и инженерно-геологических условий. Гамма-радиометрические и гамма-спектрометрические измерения проводятся в местах отбора проб почв.Мониторинг поверхностных вод осуществляется посредством сбора информации с гидропоста района, который расположен на р.Чулым в с. Батурино. В настоящее время гидропост работает по программе станций второго разряда. Гидропост р.Чулым-с.Батурино (перенесенный в свое время из п.Коммунарка) работает с 25.04.1936 г. [38]. Месторасположение точек отбора проб поверхностных вод и донных отложений определяется ГОСТ 17.1.3.07-82 [7] и ГОСТ 17.1.5.01-80 [8] соответственно.