Экологическое картографирование городских территорий

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Химии и Экологии»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Основы научных  исследований»

           на тему: «Экологическое картографирование городских территорий»

Выполнил:                 Студент группы 3506

Давлетшина Р.Р.

Принял:        доцент,к.х.н.

Шарафутдинов Р.Н.

                                                 г.Набережные Челны

2012 г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Экологическое картографирование…………………………………………...5

1.1 Предмет экологического картографирования………………………………5

1.2 Роль экологического картографирования в науке и практике…………….7

1.3 Классификации экологических  карт………………………………..……….9

1.4 Источники информации для  создания экологических карт………………12

2 Информационная основа экологического  картографирования………….…17

2.1 Картографирование загрязнения  атмосферы……………………………..17

2.2  Комплексное  экологическое картографирование……………….………..19

2.3  ГИС в экологическом картографировании………………………………..20

3 Оценки экологического благополучия территорий Республики Татарстан.26

3.1 Анализ экологической обстановки  в городах …………………………….26

3.2 Методы  визуализации и интеграции информационных  баз данных…….28

3.3 Мероприятий  по восстановлению экологического  благополучия территорий……………………………………………………………………….30

Заключение……………………………………………………………………….32

Использованная литература…………………………………………………….33

ВВЕДЕНИЕ

Низкая эффективность природоохранной  деятельности в городах, существовавшая ранее, объяснялась отсутствием необходимого учета экологических по­следствий экономического и градостроительного развития, разрозненностью природоохранных функций по различным министерствам и ведомствам, незаинтересованностью предприятий и организаций в рациональном природопользовании и снижении нагрузок на окружающую среду. Пересмотр существующей системы планирования природоохранной деятельности, произошедший в 90-х годах, по­служил причиной формирования нового направления природоохранной политики, основной целью которого стало градостроительное развитие, экономический рост и повышение качества жизни без увеличения нагрузки на окружающую среду. Существенно снизилось число экологически необоснованных градостроительных решений, что обусловлено как экологизацией процесса проектирования, так и введением экологической экспертизы предпроектной и проектной документации.

Потребность человека в контроле экологического состояния окружающей среды привела  к развитию нового крупного направления  тематической картографии - экологического картографирования. Разнообразие тематического  содержания экологических карт обусловлено  областью их практического применения (биологические, геологические, медицинские, социальные науки и т.д.). Для экологического картографирования интерес представляют объекты, роль окружающей среды для  которых играет географическая оболочка Земли - сложная многокомпонентная  система, каждый компонент которой  является фактором, определяющим форму  и состояние всех остальных компонентов, поскольку все они взаимообусловлены  и взаимодействуют друг с другом. Поэтому одним из основных средств в графическом моделировании природной среды для решения задач регулируемого природопользования, является экологическое картографирование.

В настоящее время еще нет  полной согласованности в методике и принципах составления эколого-географических карт городов, на основе которых можно  проанализировать состояние окружающей среды в городах и вокруг городов, Это связано с системностью содержания данных карт: картограф-составитель  вынужден обращать внимание не только на свойства того или иного объекта, но и на взаимоотношения между  объектом (или объектами) и средой.

Любые процессы, происходящие на поверхности  земли, могут быть представлены как  комплекс взаимодействий различных  элементов среды, поэтому, наиболее точным и подробным наблюдением  является одновременное наблюдение за множеством параметром. Такую возможность  предоставляет экологическое картографирование, имеющее возможность отобразить одновременно несколько параметров на одной карте. Сложность заключается  в правильном нахождении картографируемых систем, выбираемых из всех возможных  экологических связей.

Целью этой работы является рассмотрение понятия экологическое картографирование  и обзор существующих методик  картографирования загрязнений  окружающей среды в городах. В  рамках поставленной цели были сформированы такие задачи, как исследовать аспекты экологического картографирования, рассмотреть методики картографирования городских территорий, оценить область прикладного применения экологического картографирования в городах.

1. Экологическое картографирование

1.1 Предмет экологического  картографирования

Целью экологического картографирования  является анализ экологической обстановки и ее динамики, т.е. выявление пространственной и временной изменчивости факторов природной среды, воздействующих на здоровье человека и состояние экосистем. Для достижения этой цели требуется  выполнить сбор, анализ, оценку, интеграцию, территориальную интерпретацию  и создать географически корректное картографическое представление весьма многообразной, нередко трудносопоставимой экологической информации.

Экологическое картографрование – наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии среды обитания человека и других биологических видов, т.е о экологической обстановке. Экологическое картографирование представляет собой «стыковую» дисциплину и образует сложное единство методов получения и территориальной интерпретации данных о состоянии окружающей среды и общекартографическиских приемов географически корректного отображения информации. Основное отличие экологического картографирования состоит в том, что его развитие не ограничивается собственными отраслевыми рамками, а проявляется в внедрении как экологического элемента в смежные тематические области, так и внедрении разных тематик в экологическую сферу. Особенно экологическое картографирование стало актуально в последние 70 лет, когда угроза серьезного ухудшения окружающей среды стала очевидной.

Экологическое картографирование  можно разделить на несколько  взаимосвязанных частей. Одной из основных частей экологического картографирования  является сбор данных, получаемых из различных  источников,

таких как дистанционное зондирование, статистические и полевые исследования. Для этой части требуется максимальная в приделах погрешности точность, достоверность и актуальность, ведь от этого зависит информационная ценность готового продукта. Еще одной, немаловажной частью является анализ представленных данных, с последующей оценкой их. Так же, сюда относят интеграцию, территориальную интерпретацию и создание тематических карт, показывающих текущее состояние экосистем и воздействия, оказываемые на них, степень их загрязнения; размещение охраняемых природных территорий, распространение редких и исчезающих видом животных и растений; степень воздействия человека на окружающую среду и окружающей среды на человека.  Источники загрязнения снегового покрова

Основными источниками загрязнения  снегового покрова являются автомобильный  транспорт, промышленность и жизнедеятельность  человека. Автомобильный транспорт  оказывает комплексное влияние  на снеговой покров. В качестве основных продуктов-загрязнителей, поступающих  от автомобильного транспорта, можно  выделить: продукты сгорания топлива, протечки горюче-смазочных материалов (ГСМ) и постоянное поддержание в  воздухе дорожной пыли. Выхлопные  и отработавшие газы двигателей внутреннего  сгорания выбрасывают в воздушный  бассейн более 70% оксидов углерода и углеводородов (бензолы, формальдегиды, бенз(а)пирен), около 55 процентов оксидов азота, до 5,5 процента воды, а также сажу (тяжелые металлы), гарь, копоть и т.д.

Из-за большого числа автомобилей  и при недостатке мер по уборке загрязнений, проезжая часть представляет собой аккумулятор всех загрязнителей, переносимых автомобилями. Так же, из-за постоянной физической нагрузки, проезжая часть не замерзает, что  делает перемещение и поднятие в  атмосферу загрязнений легче, что, разумеется, сказывается на прилегающем  снежном покрове.

На территории Республики Татарстан находятся более 100 предприятий, 39 из которых значительно влияют на загрязнение воздушного бассейна. На качество атмосферного воздуха оказывают влияние выбросы более 400 наименований загрязняющих веществ различных классов опасности, поступающие в окружающую среду от стационарных и передвижных источников. Общая масса

 загрязняющих веществ, поступающих  ежегодно в атмосферу, составляет  более 400,0 тыс. тонн. В подавляющем большинстве источники выбросов сосредоточены в промышленных центрах области.

Бытовые отходы так же загрязняют снежный покров. Наибольшее загрязнение  наблюдается вокруг жилых домов, мест скопления людей.

К специфике городского ландшафта  Татарстана следует отнести плохую проветриваемость воздушного бассейна, наличие многочисленных оползневых участков и зон близкого залегания грунтовых вод. Данные особенности обусловлены котловинным рельефом застроенной части города, особенностями геологической и гидрогеологической обстановок. Перечень негативных факторов дополняется чрезвычайной плотностью застройки в исторической части города, наличием железной дороги в городской черте, уникальной многопрофильностью промышленности Татарстана, нехваткой экологически благоприятных выделов для жилой застройки, неразвитостью рекреационной инфраструктуры пригородной территории.

1.2 Роль экологического картографирования в науке и практике

Экологическое картографирование  традиционно в наибольшей степени ориентировано на обеспечение государственных, региональных и местных программ и проектов природоохранной направленности.  Между тем любая природоохранная деятельность осуществляется в рамках конкретных территорий. Поэтому планирование, реализация и контроль результатов природоохранных мероприятий требуют объективных данных об экологической обстановке и ее динамике в разных частях территории, что невозможно без использования картографической формы представления

информации.

Экологическая информация крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Она поступает из официальных и неофициальных источников, добывается в результате исследований с использованием различных методов. К ней относятся материалы дистанционного зондирования, качественные и

количественные характеристики загрязняющих веществ и статистические данные об объемах и условиях их поступления в окружающую среду, пространственная и временная динамика фактически измеренных уровней и состава загрязнения, данные о состоянии здоровья населения, растительном покрове и животном мире и многое другое. Часто единственным, что объединяет столь разнородные сведения, остается их принадлежность к определенной территории.

Поэтому одним из событий начавшегося  в I960—1970-е годы современного этапа охраны окружающей среды стало развитие экологического картографирования как универсального метода анализа экологической информации.

Картографическое обеспечение  научно-исследовательских работ природоохранной направленности принципиально не отличается от аналогичной задачи других наук о Земле и является одним из проявлений познавательной функции карт. В ходе научно-исследовательских работ карты выполняют функции:

• средства исследования (в этом качестве выступает, главным

образом, топооснова), используемого для решения вопросов

организации работ и территориальной  привязки результатов;

• предмета исследования (как упрощенная модель объективно

существующего явления). Для этой цели могут использоваться

как топографические, так и тематические карты, по

своему содержанию и точности пригодные  для решения

научных и прикладных задач.

Эти оба варианта использования  карт предполагают максимально жесткие требования к геометрической точности и полноте. Требование полноты (в исследовании всегда относительной) заставляет рассматривать такое распространенное явление, как создание экологических карт на основе интерпретации и интеграции ранее созданных тематических, как приемлемое лишь в самом начале становления нового направления. Составление новых карт на основе ранее созданных предполагает допущение, что в последних уже содержится вся необходимая информация и ее требуется лишь соответствующим образом скомпоновать. Кроме того, необходимо учитывать естественное старение карт.

1.3 Классификации экологических  карт

Вопросы классификации экологических  карт решаются по-разному, в зависимости  от того, что положено в основу классификации: анализ и обобщение фактически существующих картографических материалов либо теоретические  предпосылки. Число классификационных  признаков практически так же безгранично, как и число экологических  проблем и подходов к их изучению. Относительно устоявшейся и общепризнанной в настоящее время является классификация  экологических карт по научно-прикладной направленности, в рамках которой  выделяются карты:

• инвентаризационные, т.е. нацеленные на учет и описательные характеристики природных объектов;
• оценочные, т.е. характеризующие соответствие состояний и условий природной среды каким-либо критериям и/или нормативам;
• прогнозные, т.е. отображающие предполагаемые и/или недоступные для непосредственного изучения природные объекты и их свойства;
• рекомендательные, т.е. направленные на оптимизацию и гармонизацию отношений в природной среде, предотвращение или смягчение неблагоприятных явлений и их последствий.

Географы Института географии  РАН, составившие наиболее полный каталог  фактически существовавших отечественных  карт экологического содержания по состоянию  на декабрь 1994 г., подразделили их на следующие  группы:

• карты оценки природных условий и ресурсов для жизни и деятельности человека;
• карты неблагоприятных и опасных природных условий и процессов;
• карты антропогенных воздействий и изменений природной среды;
• карты устойчивости природной среды к антропогенным воздействиям;
• карты охраны природы и природоохранных мероприятий;
• медико-географические карты;
• карты рекреации;

• комплексные экологические (эколого-географические, геоэкологические карты).

Классификации, построенные на основе анализа практики, успешно «работают» в достаточно давно сложившихся  тематических областях с устоявшейся  внутренней структурой. В экологическом  картографировании, все еще находящемся  в стадии формирования, освоены далеко не все практически необходимые  сюжеты.

Поэтому целесообразно, основываясь  на тех или иных теоретических  представлениях, дополнять классификации, построенные на основе анализа практики, перспективными, но еще недостаточно разработанными разделами. Так географы Института географии Сибири и  Дальнего Востока предлагают следующие  классы экологических карт:

• карты факторов и условий среды (физико-географические карты, характеризующие условия жизнедеятельности, карты природно-ресурсного и экологического потенциала территорий, устойчивости геосистем);
• карты процессов (распространения загрязнений, миграций, эрозии, опасных природных явлений);
• карты состояний (современного и прогнозируемых, в том числе карты антропогенных изменений);
• карты проблем (остроты экологических ситуаций);
• карты организации охраны природы и ресурсопользования (контроля и управления природопользованием).

Классификация экологических карт по назначению, рассмотренная выше, включает:

• карты для научно-исследовательских работ природоохранной направленности (с дальнейшими подразделениями сообразно структуре научных дисциплин об окружающей среде и ее охране);
• карты для практической природоохранной деятельности инвентаризационно-оценочные, прогнозные, рекомендательные, контрольные);
• карты для экологического просвещения, образования и воспитания.

Вполне очевидны также классификации  экологических и эколого-географических карт по масштабу и территориальному охвату, по широте темы (общие и частные, аналитические и синтетические).

Специфика экологических карт является их подразделение по источникам исходной информации на карты, составленные на основе:

• дистанционного зондирования;
• статистических данных и их обработки;
• полевого картографирования и мониторинга;
• изучения состояния биоиндикаторов;
• обобщения материалов из разных источников.

1.4 Источники информации для создания экологических карт

Для создания экологической карты  необходим достоверный информационный материал.

Информация о состоянии компонентов  окружающей среды должна быть представлена количественными оценками:

• концентрации вредных веществ;
• уровня шумового, магнитного воздействий;
• радиационного воздействия и др. в соответствии с видами нормируемых параметров качества компонентов окружающей среды.

При этом для картографирования  необходимы и качественные оценки компонентов  окружающей среды:

• инженерно-экологические условия;
• характеристика ландшафтов;
• состав растительного покрова и зеленых насаждений;
• типы почв на рассматриваемой территории и др.

Информационными источниками, используемыми  для создания экологических карт являются:

• результаты экологических наблюдений и замеров;
• картографические материалы;
• космические и аэрофотоснимки;
• данные статистической отчетности и др.

Состав используемых для картографирования  источников информации зависит от территориального уровня картографирования, определяющего  перечень, тематику и масштаб создаваемых  карт.

Масштаб картографирования на данных уровнях определяется площадью рассматриваемой  территории. Например, для такого крупного мегаполиса как Москва обзорному  уровню будет соответствовать масштаб 1:50000, районному - 1:10000, 1:5000, детальному - 1:2000, 1:500 (в случаях большого территориального охвата или протяженности объекта - 1:5000).

Содержание экологической карты, разрабатываемой с использованием материалов дистанционного зондирования, можно разделить на три части:

• общегеографическую (элементы топографической основы);
• тематическую, отображающую современное размещение и использование земель;
• экологическую, которая отражает состояние земельных ресурсов (например, подтопление) и земель, нарушенных хозяйственной деятельностью человека (карьеры, промышленные зоны, свалки и др.).

Высокая разрешающая способность  космических снимков определенного  типа позволяет отразить многие детали внутреннего строения ландшафта  и служит основой для увязки разномасштабных  исследований. Материалы космических  и аэрофотосъемок наиболее эффективно можно использовать для картографирования  изменений окружающей среды - создания серии сопряженных карт.

Статистическая информация разнообразна, и ее использование позволяет  на всех территориальных уровнях (обзорный, районный, детальный) оценивать состояние окружающей среды в целом и ее компонентов в отдельности. Большинство государственных, а также часть коммерческих и общественных организаций занимаются сбором и обработкой статистической информации экологического содержания. Среди преимуществ использования статистической информации в целях экологического картографирования можно назвать регулярность получения данных об одной и той же территории, возможность отслеживания динамики и направлений развития территории.

Основными исходными данными при  использовании картографических источников для создания экологических карт являются карты, планшеты и топографические  планы:

- Ситуационный план (масштаб 1:2000), который имеет рекогносцировочное назначение и содержит сведения о границах территории объекта, ее застройке и застройке прилегающих участков, организации подъездов и подходов.

- Генеральный план (масштаб 1:500), который несет информацию о проектируемой планировочной структуре и организации территории.

- Опорный план (масштаб 1:500, 1:2000). На нем показываются: границы проектируемой территории, функциональное использование проектируемой и прилегающей территорий, границы землевладений, линии регулирования градостроительной деятельности (линии регулирования застройки, границы технических и санитарных зон, охраняемых территорий и др.), уличная сеть, существующая застройка, утвержденные предложения по сносу, реконструкции зданий и сооружений, по выводу предприятий.

- План благоустройства (масштаб 1:500), который отображает сохраняемые, проектируемые зеленые насаждения и элементы благоустройства (малые архитектурные формы, площадки, дорожки и др.).

- План организации рельефа (масштаб 1:500). На нем обозначены: величина и направления уклонов, горизонтали, отметки в точках перелома уклонов, дождеприемные решетки с отметками, отметки по углам зданий и перед входами, конструкции искусственных покрытий, лестниц, подпорных стен, территории.

- Сводный план инженерных сетей (масштаб 1:500), который содержит сведения обо всех существующих и проектируемых коммуникациях.

- Стройгенплан (масштаб 1:500), который отображает систему организации строительных работ на территории. На стройгенплане обозначены: временные сооружения, подъездные дороги, ограждения, существующие и проектируемые инженерные сети, строительные площадки, схемы работы строительной техники.

- Дендроплан (масштаб 1:500), который содержит данные подеревной съемки с указанием вырубаемых, сохраняемых и пересаживаемых деревьев.

Необходимая статистическая и картографическая информация для создания

 экологических карт сосредоточена в различных организациях (см. таблицу 1).

Таблица 1 Состав экологической информации, находящейся в компетенции организаций  и предприятий (составлена автором по материалам В.Н.Виниченко)

Рассмотренные выше типы информационных источников позволяют решить широкий  спектр экологических задач при  использовании их для экологического картографирования. Однако из-за рассредоточенности исходных картографических данных по различным специализированным организациям получение их зачастую связано с трудностями. В этой связи использование картографических данных происходит по принципу «что есть», а не «что надо».

2 Информационная основа  экологического картографирования

  2.1 Картографирование загрязнения атмосферы

Одной из важных частей экологического картографирования, является исследование загрязнения атмосферы. Картографирование  загрязнения атмосферы складывается из:

• картографирования потенциала загрязнения атмосферы
• картографирования источников загрязнения
• картографирование уровней загрязнения.

С эколого-гигиенической точки  зрения наибольший интерес для картографирования  представляют следующие характерные  уровни загрязнения атмосферного воздуха:

• Средний годовой (многолетний) уровень, который формируется при наличии динамического равновесия между эмиссией и рассеянием атмосферных загрязнений;
• Уровень загрязнения, складывающийся при сочетании обычного (или скорректированного согласно плана мероприятий при НМГ) режима работы предприятий – источников загрязнения атмосферы, и неблагоприятных для рассеяния метеоусловий (5% повторяемости, согласно действующей системы экологического нормирования)
• Уровень загрязнений, который может возникнуть при аварийном выбросе от потенциально опасного объекта при определенных заданных(обычно неблагоприятных) метеоусловиях
• Фактически существующий текущий уровень загрязнения.

При картографировании загрязнения  воздушной среды возникает необходимость  быстрой обработки большого количества разнообразной информации. В зависимости  от степени сложности применяемой  при этом математической модели

 количество входных параметров  может сильно варьироваться. Привлечение  более точных моделей влечет  за собой введение новых типов  данных. Использование инструментов  современных ГИС позволяют автоматизировать  обработку необходимой исходной  информации и получать результаты  с высоким пространственно-временным  разрешением.

В общем случае все исходные данные для картографирования загрязнения  воздушного бассейна промышленного  города можно разбить на три основных типа: