Применение геоинформационных технологий при нормировании нагрузки на водные объекты
Г.
Ю. ПотанинБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Потанин
Г.
Ю. Применение геоинформационных технологий при нормировании нагрузки на водные объекты // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
4416–4420. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85884.htm.
Аннотация. В статье рассмотрены основные нормативы в области охраны водных объектов и дана их классификация. Автором выполнены два ГИС-проекта территории бассейна северной части Финского залива и обосновано использование геоинформационных технологий для водохозяйственного районирования территорий при нормировании нагрузки на водные объекты.
Ключевые слова:
водные объекты, загрязняющие вещества, нормирование, качество воды, геоинформационные системы.
Текст статьи
Потанин Геннадий Юрьевич,магистр, инженер кафедры охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов ФГБОУ ВПО «СанктПетербургский государственный технологический университет растительных полимеров», г. СанктПетербургg.u.potanin@gmail.com
Применение геоинформационных технологий при нормированиинагрузки на водные объекты
Аннотация.В статье рассмотрены основные нормативы в области охраны водных объектов и дана их классификация.Автором выполнены два ГИСпроекта территориибассейна северной части Финского залива и обосновано использование геоинформационных технологий для водохозяйственного районирования территорий при нормировании нагрузки на водные объекты.Ключевые слова:нормирование, качество воды, водные объекты,загрязняющие вещества, геоинформационные системы.
Жизненно важной проблемой современности является сохранение чистоты водных бассейнов, подверженных высокой техногенной нагрузке. Надвигающийся водный кризис связан, прежде всего, с непрерывным загрязнением вод и появлению в системе вода –порода –газ – органическое вещество ещё одного участника –загрязнителя [1].
Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей [2].
В общем случае на формирование качества воды в водных объектах влияют естественные и антропогенные факторы.
К основным естественным факторам относятся климатические условия, в том числе сезонные колебания, географический район и характеристика притоков.
К антропогенным факторам следует отнести сброс в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными и коммунальными предприятиями, сельскохозяйственными угодьями, лесосплав, судоходство, строительство водохранилищ и т.д.
Одной из основных природоохранных задач являетсянормирование поступления загрязняющих веществ в водные объекты от различных предприятий. В Российской Федерации нормирование в области охраны водных объектовосуществляется в соответствии со всевозможными официальными документами и нормативными правовыми актами, основу которых составляют приказы Министерства природных ресурсов РФ и подведомственных ему агентств и управлений. Также основные положения нормирования в области охраны водных объектовизложены в Федеральном законе «Об охране окружающей среды».В общем случае, нормирование можноразделить на три группы:
санитарногигиеническое;
производственнохозяйственное;
комплексное.К санитарногигиеническим нормативам относятся нормативы предельнодопустимых концентраций (ПДК), нормативы зонсанитарной охраныи др. Данные нормативы не связаныс конкретными источниками вредного воздействия и не регулируют их поведение. Целью создания таких нормативов является определение показателей качества окружающей среды применительно к здоровью человека. Кпроизводственнохозяйственным нормативам относятся нормативы допустимых сбросов (НДС). Они устанавливают требования к конкретному источнику вредного воздействия. При этом целью таких нормативов является ограничение деятельности предприятия пороговой величиной.Комплексное нормирование заключается в определении предельно допустимой нормы нагрузки на природу, не приводящей к нарушению экологических функций среды.Одним из направлений комплексного нормирования в комплексе водоохранных мероприятий является разработка нормативов допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты. НДВ предназначены для обеспечения устойчивого функционирования естественных или сложившихся экологических систем, сохранения биологического разнообразия и предотвращения или сведения к минимуму негативного воздействия в результате хозяйственной и иной деятельности.
Комплексные нормативы позволяют установить безопасные уровнисодержания загрязняющих веществ с учётом природноклиматических особенностей водных объектов данного региона. Данные нормативы позволяют учесть следующие виды воздействий:
привнос химических и взвешенных минеральных веществ;
привнос микроорганизмов;
привнос радиоактивных веществ;
привнос тепла;
сброс воды;
изъятие водныхресурсов;
использование акватории водных объектов для строительства и размещения различных сооружений (причалов, плавучих и стационарных платформ и др.);
изменение водного режима при использовании водных объектов для разведки и добычи полезных ископаемых.На рис. 1 приведена классификация нормативов в области защиты водных ресурсов. НДВ выполняются в рамках проекта схем комплексного использования и охраны водных объектов (СКИОВО).
СКИОВОописывают состояниеводных объектов и их использованиеи являются основой осуществления водохозяйственных мероприятий и мероприятий по их охране. Данные схемыпозволяют установить допустимую антропогеннуюнагрузкунатот или иной водный объект, определитьв перспективе потребностьв водных ресурсахна определённой территории, определить основные направлениядеятельности по предотвращению негативного воздействия вод и обеспечить выполнение мероприятий по охране данного водного объекта. СКИОВО разрабатываются для водных объектов, расположенных в границах различных речных бассейнов.Бассейны рек на территории России выделены строго по гидрографическим границам. Совместно с подземными водными объектами, морями они составляют основу бассейновых округов, которые, в свою очередь, являются основной единицей управления в области использования и охраны водных ресурсов [3].
Одним из крупных бассейнов СевероЗападного региона России является бассейн Финского залива. Нормирование нагрузки на водотоки и водоёмы, расположенные в границах данного бассейна является актуальнымв связи с трансграничным расположением залива.
Кроме того, реки водосбора северной части Финского залива относятся к высшей и первой рыбохозяйственной категории. Общее количество водотоков, которые впадают в северную часть бассейна Финского залива составляет более 30.
Среди предприятий сбрасывающих сточные воды в северной части бассейна наибольшая нагрузка приходит от жилищнокоммунальной отрасли. Четверть всех предприятий составляют оздоровительные учреждения. Загрязнение от сбросов сточных вод промышленных предприятий незначительно[4].
Рис. 1. Классификация нормативов в области защиты водных ресурсов
Рассматриваемый бассейн относится к Балтийскому бассейновому округу и включает в себя один водохозяйственный участок (ВХУ)–реки и озёра бассейна Финского залива от границы РФ с Финляндией до северной границы дельты р. Нева. Участок расположен в Ленинградскойобласти и г. СанктПетербурге. ПлощадьВХУсоставляет 6,2 тыс.км2.
При выполнении проектов СКИОВО, включая НДВ, могут быть использованы специальные геоинформационные системы (ГИС) для картографической поддержки проекта.
В наиболее общем смысле, ГИС –это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности и используемые для управления ею [5].
ГИСтехнология объединяет в себе традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для её применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов ипричин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.
ГИС превосходно подходят для управления топографическими данными:
для хранения данных в различных слоях, например, земли, реки, горы и т.д.;
для объединения различных типов данных;
для отображения этих данных с возможной их идентификацией относительно их характеристик 1[6].Для рассматриваемой территориибыло выполнено более детальное водохозяйственного районирования с использованием программного продуктаArcGISforDesktop10.
В общем случае, ArcGISforDesktop–это три взаимосвязанные базовые приложения: ArcMap, ArcCatalogи ArcToolbox. Их совместное использование позволяет решать ГИСзадачи любой сложности в областикартографирования, управления данными, пространственного анализа, редактирования данных и их геообработки [7].
Поскольку рассматриваемая территория не является речным бассейном в общепринятом значении –здесь нет основной реки, то можно выделить5 расчётных водохозяйственных подучастков (РВП), каждый из которых объединяет несколько озёрноречных систем, впадающих в Финский залив.На рис. 2. показана картасхема водохозяйственного районирования рассматриваемого бассейна, выполненная в программе ArcGIS10.
Рис. 2. Картасхема водохозяйственного районирования бассейна рек и озер Финского залива от границы Российской Федерации с Финляндией до северной границы дельты р. Нева
Кроме того, разбиение ВХУ на расчётные подучасткисвязано с различиями в масштабах антропогенной нагрузки на каждом отдельном участке.Таким образом, можно осуществлять контроль за соблюдением нормативов качества, нормативов воздействия или комплексных нормативов на каждом отдельном подучастке в рамках одного бассейна. 1Пер. с англ.
Так, например, на водных объектах, относящихся к РВП 3, РВП 4и РВП 5, были проведены исследования качества воды по гидрохимическим и гидробиологическим параметрам, и была построена картасхема пунктов контроля на водных объектах, относящихся к данным РВП(рис. 3).
Рис. 3. Картасхема пунктов контроля качества воды в водных объектах для РВП 35
Данные подучастки охватывают территорию Курортного района г. СанктПетербурга, Рощинского городского поселения и Первомайского сельскогопоселения Выборгского района Ленинградской области. Основными водотоками, привносящими загрязняющие вещества в Финский заливсо сточными водами, являются реки Приветная, Чёрная, Малая Сестра, Смолячков ручей. Сток с реки Чёрной формируют реки Гладышевка иРощинка. Основным источником загрязнения природных вод на данной территории являются детские оздоровительные лагеря и санатории, т.е. источники хозяйственнобытовых сточных вод, что обуславливает большое количество водорослей и высокое содержание биогенных элементовв воде Финского залива.
Одной из функций ГИС является связь картографической составляющей с базами данных, т.е. возможно составление специализированных баз данных по качеству воды в водных объектах на ГИСоснове.
Таким образом, интерпретацияи отображение данных в системе ГИС заключается в представлении готовой карты, графика, таблицы, мультеимедийной составляющей или их совокупности.
Кроме того, ГИС даёт возможность связать данные с внешними системами управления базами данных (СУБД), системами автоматизированного проектирования (САПР), системами дистанционного зондирования и другими информационными системами.
Также, поскольку нормативы допустимого воздействия на водные объекты (допустимого совокупного воздействия всех источников, расположенных в пределах речного бассейна или его части, на водный объект или его часть) разрабатываются и утверждаются по водному объекту или его участку в соответствии с водохозяйственным районированием, то применение геоинформационныхтехнологий при разработке данных нормативов является актуальным.
Таким образом, применение ГИС при водохозяйственном районировании территорий позволит обеспечить устойчивое и безопасное водопользованиев процессе социальноэкономического развития каждойконкретной территориис соблюдением основных нормативов качества воды водных объектов.
Ссылки на источники1.Зарубина Р.Ф. Анализ и улучшение качества природных вод. Часть 2. Методы оценки качества природных вод: учебное пособие / Р.Ф. Зарубина, Ю.Г. Копылова, А.Г. Зарубин; Томский политехнический университет. –Томск: Издво Томского политехнического университета, 2011. –151 с.2.Комплексное использование водных ресурсов: Учеб. пособие / С.В. Яковлев, И.Г. Губий, И.И. Павлинова. –2е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 2008. –383 с.: ил.3.Управление водными ресурсами России. –М.: АМАПРЕСС, 2008 г. –288 с.4.Кушнеров А.И., Потанин Г.Ю., Антонов И.В., Шишкин А.И. Интегральная оценка сброса загрязняющих веществ в водотоки северной части Финского залива Сборник материалов XVМеждународного экологического форума «День Балтийского моря» –СПб.: Издво «Человек», 2014. –с. 78795.ДеМерс, Майкл Н. Географические Информационные Системы. Основы.: Пер. с англ. –М.: Дата+, 19996.Munier N. MulticriteriaEnvironmental Assessment: A Practical Guide: Sрringеr, –2004. –332 p.7.Оценка техногенного воздействия на водные объекты с применением геоинформационных систем: учебнометодическое пособие / сост. Шишкин А.И., Епифанов А.В., Хуршудян Н.С., Шаренков Д.В.,Антонов И.В.; ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2010. –110 с.
Применение геоинформационных технологий при нормированиинагрузки на водные объекты
Аннотация.В статье рассмотрены основные нормативы в области охраны водных объектов и дана их классификация.Автором выполнены два ГИСпроекта территориибассейна северной части Финского залива и обосновано использование геоинформационных технологий для водохозяйственного районирования территорий при нормировании нагрузки на водные объекты.Ключевые слова:нормирование, качество воды, водные объекты,загрязняющие вещества, геоинформационные системы.
Жизненно важной проблемой современности является сохранение чистоты водных бассейнов, подверженных высокой техногенной нагрузке. Надвигающийся водный кризис связан, прежде всего, с непрерывным загрязнением вод и появлению в системе вода –порода –газ – органическое вещество ещё одного участника –загрязнителя [1].
Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей [2].
В общем случае на формирование качества воды в водных объектах влияют естественные и антропогенные факторы.
К основным естественным факторам относятся климатические условия, в том числе сезонные колебания, географический район и характеристика притоков.
К антропогенным факторам следует отнести сброс в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными и коммунальными предприятиями, сельскохозяйственными угодьями, лесосплав, судоходство, строительство водохранилищ и т.д.
Одной из основных природоохранных задач являетсянормирование поступления загрязняющих веществ в водные объекты от различных предприятий. В Российской Федерации нормирование в области охраны водных объектовосуществляется в соответствии со всевозможными официальными документами и нормативными правовыми актами, основу которых составляют приказы Министерства природных ресурсов РФ и подведомственных ему агентств и управлений. Также основные положения нормирования в области охраны водных объектовизложены в Федеральном законе «Об охране окружающей среды».В общем случае, нормирование можноразделить на три группы:
санитарногигиеническое;
производственнохозяйственное;
комплексное.К санитарногигиеническим нормативам относятся нормативы предельнодопустимых концентраций (ПДК), нормативы зонсанитарной охраныи др. Данные нормативы не связаныс конкретными источниками вредного воздействия и не регулируют их поведение. Целью создания таких нормативов является определение показателей качества окружающей среды применительно к здоровью человека. Кпроизводственнохозяйственным нормативам относятся нормативы допустимых сбросов (НДС). Они устанавливают требования к конкретному источнику вредного воздействия. При этом целью таких нормативов является ограничение деятельности предприятия пороговой величиной.Комплексное нормирование заключается в определении предельно допустимой нормы нагрузки на природу, не приводящей к нарушению экологических функций среды.Одним из направлений комплексного нормирования в комплексе водоохранных мероприятий является разработка нормативов допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты. НДВ предназначены для обеспечения устойчивого функционирования естественных или сложившихся экологических систем, сохранения биологического разнообразия и предотвращения или сведения к минимуму негативного воздействия в результате хозяйственной и иной деятельности.
Комплексные нормативы позволяют установить безопасные уровнисодержания загрязняющих веществ с учётом природноклиматических особенностей водных объектов данного региона. Данные нормативы позволяют учесть следующие виды воздействий:
привнос химических и взвешенных минеральных веществ;
привнос микроорганизмов;
привнос радиоактивных веществ;
привнос тепла;
сброс воды;
изъятие водныхресурсов;
использование акватории водных объектов для строительства и размещения различных сооружений (причалов, плавучих и стационарных платформ и др.);
изменение водного режима при использовании водных объектов для разведки и добычи полезных ископаемых.На рис. 1 приведена классификация нормативов в области защиты водных ресурсов. НДВ выполняются в рамках проекта схем комплексного использования и охраны водных объектов (СКИОВО).
СКИОВОописывают состояниеводных объектов и их использованиеи являются основой осуществления водохозяйственных мероприятий и мероприятий по их охране. Данные схемыпозволяют установить допустимую антропогеннуюнагрузкунатот или иной водный объект, определитьв перспективе потребностьв водных ресурсахна определённой территории, определить основные направлениядеятельности по предотвращению негативного воздействия вод и обеспечить выполнение мероприятий по охране данного водного объекта. СКИОВО разрабатываются для водных объектов, расположенных в границах различных речных бассейнов.Бассейны рек на территории России выделены строго по гидрографическим границам. Совместно с подземными водными объектами, морями они составляют основу бассейновых округов, которые, в свою очередь, являются основной единицей управления в области использования и охраны водных ресурсов [3].
Одним из крупных бассейнов СевероЗападного региона России является бассейн Финского залива. Нормирование нагрузки на водотоки и водоёмы, расположенные в границах данного бассейна является актуальнымв связи с трансграничным расположением залива.
Кроме того, реки водосбора северной части Финского залива относятся к высшей и первой рыбохозяйственной категории. Общее количество водотоков, которые впадают в северную часть бассейна Финского залива составляет более 30.
Среди предприятий сбрасывающих сточные воды в северной части бассейна наибольшая нагрузка приходит от жилищнокоммунальной отрасли. Четверть всех предприятий составляют оздоровительные учреждения. Загрязнение от сбросов сточных вод промышленных предприятий незначительно[4].
Рис. 1. Классификация нормативов в области защиты водных ресурсов
Рассматриваемый бассейн относится к Балтийскому бассейновому округу и включает в себя один водохозяйственный участок (ВХУ)–реки и озёра бассейна Финского залива от границы РФ с Финляндией до северной границы дельты р. Нева. Участок расположен в Ленинградскойобласти и г. СанктПетербурге. ПлощадьВХУсоставляет 6,2 тыс.км2.
При выполнении проектов СКИОВО, включая НДВ, могут быть использованы специальные геоинформационные системы (ГИС) для картографической поддержки проекта.
В наиболее общем смысле, ГИС –это инструменты для обработки пространственной информации, обычно явно привязанной к некоторой части земной поверхности и используемые для управления ею [5].
ГИСтехнология объединяет в себе традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для её применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов ипричин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.
ГИС превосходно подходят для управления топографическими данными:
для хранения данных в различных слоях, например, земли, реки, горы и т.д.;
для объединения различных типов данных;
для отображения этих данных с возможной их идентификацией относительно их характеристик 1[6].Для рассматриваемой территориибыло выполнено более детальное водохозяйственного районирования с использованием программного продуктаArcGISforDesktop10.
В общем случае, ArcGISforDesktop–это три взаимосвязанные базовые приложения: ArcMap, ArcCatalogи ArcToolbox. Их совместное использование позволяет решать ГИСзадачи любой сложности в областикартографирования, управления данными, пространственного анализа, редактирования данных и их геообработки [7].
Поскольку рассматриваемая территория не является речным бассейном в общепринятом значении –здесь нет основной реки, то можно выделить5 расчётных водохозяйственных подучастков (РВП), каждый из которых объединяет несколько озёрноречных систем, впадающих в Финский залив.На рис. 2. показана картасхема водохозяйственного районирования рассматриваемого бассейна, выполненная в программе ArcGIS10.
Рис. 2. Картасхема водохозяйственного районирования бассейна рек и озер Финского залива от границы Российской Федерации с Финляндией до северной границы дельты р. Нева
Кроме того, разбиение ВХУ на расчётные подучасткисвязано с различиями в масштабах антропогенной нагрузки на каждом отдельном участке.Таким образом, можно осуществлять контроль за соблюдением нормативов качества, нормативов воздействия или комплексных нормативов на каждом отдельном подучастке в рамках одного бассейна. 1Пер. с англ.
Так, например, на водных объектах, относящихся к РВП 3, РВП 4и РВП 5, были проведены исследования качества воды по гидрохимическим и гидробиологическим параметрам, и была построена картасхема пунктов контроля на водных объектах, относящихся к данным РВП(рис. 3).
Рис. 3. Картасхема пунктов контроля качества воды в водных объектах для РВП 35
Данные подучастки охватывают территорию Курортного района г. СанктПетербурга, Рощинского городского поселения и Первомайского сельскогопоселения Выборгского района Ленинградской области. Основными водотоками, привносящими загрязняющие вещества в Финский заливсо сточными водами, являются реки Приветная, Чёрная, Малая Сестра, Смолячков ручей. Сток с реки Чёрной формируют реки Гладышевка иРощинка. Основным источником загрязнения природных вод на данной территории являются детские оздоровительные лагеря и санатории, т.е. источники хозяйственнобытовых сточных вод, что обуславливает большое количество водорослей и высокое содержание биогенных элементовв воде Финского залива.
Одной из функций ГИС является связь картографической составляющей с базами данных, т.е. возможно составление специализированных баз данных по качеству воды в водных объектах на ГИСоснове.
Таким образом, интерпретацияи отображение данных в системе ГИС заключается в представлении готовой карты, графика, таблицы, мультеимедийной составляющей или их совокупности.
Кроме того, ГИС даёт возможность связать данные с внешними системами управления базами данных (СУБД), системами автоматизированного проектирования (САПР), системами дистанционного зондирования и другими информационными системами.
Также, поскольку нормативы допустимого воздействия на водные объекты (допустимого совокупного воздействия всех источников, расположенных в пределах речного бассейна или его части, на водный объект или его часть) разрабатываются и утверждаются по водному объекту или его участку в соответствии с водохозяйственным районированием, то применение геоинформационныхтехнологий при разработке данных нормативов является актуальным.
Таким образом, применение ГИС при водохозяйственном районировании территорий позволит обеспечить устойчивое и безопасное водопользованиев процессе социальноэкономического развития каждойконкретной территориис соблюдением основных нормативов качества воды водных объектов.
Ссылки на источники1.Зарубина Р.Ф. Анализ и улучшение качества природных вод. Часть 2. Методы оценки качества природных вод: учебное пособие / Р.Ф. Зарубина, Ю.Г. Копылова, А.Г. Зарубин; Томский политехнический университет. –Томск: Издво Томского политехнического университета, 2011. –151 с.2.Комплексное использование водных ресурсов: Учеб. пособие / С.В. Яковлев, И.Г. Губий, И.И. Павлинова. –2е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 2008. –383 с.: ил.3.Управление водными ресурсами России. –М.: АМАПРЕСС, 2008 г. –288 с.4.Кушнеров А.И., Потанин Г.Ю., Антонов И.В., Шишкин А.И. Интегральная оценка сброса загрязняющих веществ в водотоки северной части Финского залива Сборник материалов XVМеждународного экологического форума «День Балтийского моря» –СПб.: Издво «Человек», 2014. –с. 78795.ДеМерс, Майкл Н. Географические Информационные Системы. Основы.: Пер. с англ. –М.: Дата+, 19996.Munier N. MulticriteriaEnvironmental Assessment: A Practical Guide: Sрringеr, –2004. –332 p.7.Оценка техногенного воздействия на водные объекты с применением геоинформационных систем: учебнометодическое пособие / сост. Шишкин А.И., Епифанов А.В., Хуршудян Н.С., Шаренков Д.В.,Антонов И.В.; ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2010. –110 с.
