Геоекологічний моніторинг Карпатського реґіону України як основа раціонального природокористування : Геоэкологический мониторинг Карпатского региона Украины как основа рационального природопользования

Краткое описание

Івано-Франківський національний технічний університет
нафти і газу

На правах рукопису

Побігун Олена Володимирівна

УДК 911.9:502.175

Геоекологічний моніторинг
Карпатського реґіону України як основа
раціонального природокористування

11.00.11 конструктивна географія та раціональне використання
природних ресурсів

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата
географічних наук

Науковий керівник
Адаменко Олег Максимович,
доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Івано-Франківськ 2005

ЗМІСТ

Bcтyп ............................................................................................................... 5
Розділ 1. Наукові засади геоекологічного моніторингу реґіону................ 12
1.1. Суть і завдання геоекологічного моніторингу.............................. 12
1.2. Існуючі підходи до побудови регіональної системи геоекологічного моніторингу..................................................................................... 17
1.3. Концепція реґіонального геоекологічного моніторингу.............. 23
Розділ 2. Аналіз природних умов областей Карпатського реґіону України як чинників формування його екологічного стану ......................................................... 31
2.1. Основні риси рельєфу та геологічного середовища........................ 31
2.1.1. Геолого-тектонічні умови ......................................................... 33
2.1.2. Мінерально-сировинні ресурси ............................................... 35
2.2. Гідрогеологічні умови реґіону ....................................................... 38
2.3. Ґрунтовий покрив, його специфіка і вплив на параметри екологічного стану довкілля..................................................................................................... 41
2.4. Гідрологічні умови реґіону .............................................................. 46
2.5. Кліматичні чинники, їх вплив на формування екологічного стану довкілля.................................................................................................................... 48
2.6. Ландшафти......................................................................................... 50
Розділ 3. Оцінка сучасного екологічного стану досліджуваної території 57
3.1. Формування екологічного стану...................................................... 57
3.1.1. Екологічний стан території як поєднання екологічних ситуацій 57
3.1.2. Оцінка екологічної ситуації території....................................... 58
3.1.3. Загальна схема формування екологічної ситуації.................... 67
3.1.4. Просторово-часова основа типізації екологічної ситуації....... 68
3.2. Геоекологічний моніторинг як форма контролю екологічного стану довкілля реґіону....................................................................................................... 71
3.2.1. Структура і технічна база моніторингу................................. 71
3.2.1.1. Структура.................................................................... 71
3.2.1.2. Технічна і нормативна база......................................... 83
3.2.2. Методика реалізації моніторингу атмосферного повітря....... 84
3.2.3. Методика реалізації моніторингу ґрунтів ............................... 86
3.2.4. Методика реалізації моніторингу ґрунтових вод.................... 89
3.3. Результати оцінки екологічного стану компонентів довкілля......... 91
3.3.1. Оцінка стану приповерхневого шару атмосферного повітря 91
3.3.2. Оцінка стану ґрунтового покриву Карпатського реґіону....... 96
3.3.3. Екологічний стан ґрунтових вод............................................. 100
Розділ 4. Геокологічний моніторинг як наукова база реалізації державної політики в галузі охорони природи, екологічної безпеки та раціонального природокористування....................................................................................................................... 108
4.1. Роль геоекологічного моніторингу для реалізації державної політики в галузі охорони довкілля, екологічної безпеки та раціонального природокористування 108
4.2. Застосування сучасних геоінформаційних технологій в управлінні станом довкілля з метою раціонального природокористування.......................... 111
4.2.1. Особливості ГІС, призначених для відображення результатів моніторингу довкілля....................................................................................................... 111
4.2.2. Застосування ГІС в управлінні станом навколишнього природного середовища.................................................................................................. 120
4.2.2.1. Основи теорії управління.......................................... 124
4.2.2.2. Дані моніторингу як основа для прийняття управлінських рішень екологічного спрямування.......................................................................... 127
Розділ 5. Соціально-економічний ефект комплексної оцінки екологічного стану території Карпатського реґіону України................................................................... 135
5.1. Результати моніторингових досліджень як основа геоекологічного районування....................................................................................................................... 135
5.2. Соціально-економічний ефект від реалізації та використання даних геоекологічного моніторингу реґіону........................................................ 140
Висновки...................................................................................................... 145
Список використаних джерел..................................................................... 149
Додатки..............................................................................................................170
Додаток А. База даних точок спостережень та їх географічні прив’язки 171
Додаток Б. База даних з екологічного стану атмосферного повітря Карпатського реґіону України........................................................................................................ 185
Додаток В. Вміст ртуті, кобальту, селену, хрому(VI), кадмію, міді, нікелю, молібдену, цинку, СО, SO2, NO2, хлору, толуолу, ксилолу, ацетону та частки кисню, азоту, вуглекислого газу в атмосферному повітрі Карпатського реґіону України 206
Додаток Д. База даних з екологічного стану ґрунтів Карпатського реґіону України 225
Додаток Е. Вміст ртуті, кадмію, кобальту, молібдену, селену, цинку, міді, нікелю, хрому(VI) в ґрунтах Карпатського реґіону України................................. 238
Додаток Ж. База даних з екологічного стану ґрунтових вод Карпатського реґіону України........................................................................................................ 247
Додаток З. Вміст ртуті, кадмію, кобальту, молібдену, селену, алюмінію, цинку, міді, нікелю, хрому (VI), заліза, нафти, ДДТ, хлоридів, фенолу, завислих речовин, загальна мінералізація, рівень рН, амонію сольового, БСК(5), нітрит-іонів, сульфат-іонів, колі-індекс в ґрунтових водах Карпатського реґіону України........................ 271

ВСТУП

Актуальність теми. Для обґрунтування заходів, спрямованих на усунення негативних наслідків втручання людини в навколишнє природне середовище і покращення екологічної ситуації, розробки методів оптимізації природокористування з одержанням максимуму продукції при одночасному збереженні довкілля, необхідна організація реґіонального геоекологічного моніторингу.
Актуальність і невідкладність вирішення проблеми моніторингових досліджень полягають в тому, що в реґіоні хоч і існує ряд відомчих спостережних систем за станом довкілля, але вони не зведені в єдиний комплекс і не можуть ефективно виконувати узагальнюючу функцію оцінювання стану і рівня використання природних ресурсів, прогнозувати зміни і розробляти рекомендації для прийняття управлінських рішень щодо оптимізації господарської діяльності, природокористування і стану довкілля. Екологічний стан будь-якого об’єкту не може оцінюватися різнобічно без повного аналізу даних по всій території.
Створення інформаційного забезпечення, розробки і підтримки управлінських рішень з метою раціонального використання природних ресурсів є основною метою запропонованої технології. Важливими її складовими є автоматизація як процесів перетворення і подачі інформації, так і процесів переходу від одних понять до інших, тобто від процесів вибору якісно нової інформації до прийняття рішень.
Основою системи є банк екологічної інформації, що складається з даних системи геоекологічного моніторингу Карпатського реґіону України. На комп’ютері моделюється екологічний стан трьох компонентів природно-антропогенних геоекосистем (приземний шар атмосферного повітря, ґрунт та ґрунтові води). Їх вибір зумовлений тим, що при визначенні ієрархії екостанів геосистем внаслідок забруднення хімічними елементами, насамперед необхідно віддавати пріоритет тим компонентам, які мають контакти з живими організмами приземні шари атмосфери, ґрунт, вода.
Основним принциповим положенням при створенні комп’ютерної системи геоекологічного моніторингу є її фундаментальність, яка базується на використанні знань та інформації багатьох наук про екологічний моніторинг та картографування, їх комплексному картографічному узагальненні. Наступною рисою системи є її відкритість, можливість поновлення та доповнення новими моніторинговими даними. Комплексність забезпечується використанням різноманітних підходів до картографування Карпатського реґіону України: ландшафтного, ресурсного, адміністративно-територіального та ін. Перевагою пропонованої системи є висока продуктивність та підвищений рівень інтеграції даних.
Результати покомпонентного аналізу екологічного стану реґіону є основою для геоекологічного районування території за різним ступенем екологічної напруги, що дає можливість вибрати найбільш оптимальний варіант подальшої природоохоронної діяльності та раціонального використання природних ресурсів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний нами напрямок досліджень відповідає держбюджетній тематиці Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, яка виконувалась за рахунок фінансування Міністерства освіти і науки України: Створення методики визначення сучасної екологічної ситуації на території реґіонів, областей, районів і міст України” (договір № ГМ-13 від 01.06.1995 р., № держ. реєстрації 0195U029060), в 1995-1996 роках дисертант приймала участь в організації стеження за змінами екологічної ситуації природно-антропогенних систем та прогнозуванні її розвитку; для Державного Комітету України по геології і використанню надр 1-5 етапи теми № 517/96 Розробити вимоги і комплекси методів, що рекомендуються при проведенні еколого-геологічного картування в межах Карпатського реґіону” (договір № ГМ-15/04 від 05.05.2004 р., № держ. реєстрації 0104U004465), дисертантом створювалась структура баз даних екологічної інформації по компонентах природно-техногенних геоекосистем; держбюджетна тема № Ф7/368 за рахунок фінансування Міністерства освіти і науки України на третій етап 2004 року Визначення ареалів хімічного забруднення ґрунтів, поверхневих та ґрунтових вод, атмосферного повітря і рослинності в басейні Верхнього Дністра та заходи по захисту ландшафтів від забруднення та деградації” (за договором № Ф7/368-2001 від 10.09.2001 р., № держ. реєстрації 0102U004015), дисертантом створювались бази даних екологічної інформації.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є наукове обґрунтування структури, змісту та побудова комп’ютерної системи геоекологічного моніторингу Карпатського реґіону України як основи раціонального природокористування.
Вихідною тезою роботи є дотримання положення, що екологічний моніторинг повинен проводитись за існуючими методиками і Положенням Кабінету Міністрів України від 30.03.98 р. № 391 [41]. Він має враховувати необхідність охоплення великої території та пріоритетність дослідження кількох компонентів геосфери і створювати можливість узагальнення зібраної інформації про стан довкілля.
Реалізація мети роботи визначила необхідність послідовного виконання наступних змістовно взаємозв’язаних завдань:
1. Здійснити аналіз екологічного стану Карпатського реґіону, провести експедиційні дослідження, відібрати та виконати лабораторний аналіз проб атмосферного повітря, ґрунтів та ґрунтових вод для визначення їхнього забруднення надлишками важких металів та іншими забруднювачами.
2. Провести аналіз потенціалу програмного забезпечення та ГІС-технологій, а зокрема MapInfo, Microsoft Access, Surfer, для створення комп’ютерної системи геоекологічного моніторингу.
3. Створити комп’ютерну систему геоекологічного моніторингу, побудувати логічну та дієву структуру банку даних екологічної інформації.
4. Провести комп’ютерну обробку аналітичних даних та побудувати елек-

тронні карти стану компонентів довкілля, оцінити екологічний стан приповерхневого шару атмосферного повітря, ґрунтів та ґрунтових вод.
5. На основі отриманих результатів провести оцінку екологічного стану Карпатського реґіону, виділити геоекологічні зони різного ступеня напруги та обґрунтувати систему реґіонального геоекологічного моніторингу як основу раціонального природокористування.
Об’єктом досліджень є компоненти географічного середовища Карпатського реґіону, їхні властивості і параметри екологічного стану.
Предмет досліджень реґіональні кількісні та якісні показники техногенного забруднення атмосферного повітря, ґрунтів та ґрунтових вод, оцінки локальних наслідків забруднення за допомогою сучасних геоінформаційних систем. У дисертаційній роботі параметри екологічного стану отримані при одноразовому обстеженні реґіону, що є початковим (інвентаризаційним) етапом моніторингу.
Методологія та методи дослідження. Теоретико-методологічну основу дисертаційного дослідження склали принципи системного підходу до вивчення природно-антропогенних геосистем, сучасні методи їхнього аналізу і синтезу. В дослідженнях широко використовувалися: статистичний метод проводився збір та опрацювання даних по забрудненню компонентів довкілля, аналізувалися літературні дані; лабораторний метод проводився аналіз відібраних проб компонентів довкілля; картографічний виявлялися і відображалися параметри динаміки процесів, площинного поширення забруднюючих компонентів, загально-географічна, геологічна та інші характеристики. Використовувалися також польові географічні, геологічні, геоморфологічні, геохімічні, ландшафтні, ґрунтознавчі, кліматологічні та геохімічні методи досліджень із застосуванням сучасних ГІС-технологій та іншого допоміжного програмного забезпечення. Аналіз власних, літературних та фондових матеріалів дав можливість створити необхідну для виконання роботи фактологічну основу.

Наукова новизна одержаних результатів
Вперше, на основі досліджень особливостей реґіональної ландшафтної структури Українських Карпат, обґрунтовано мережу моніторингових пунктів, на яких оцінювався екологічний стан компонентів довкілля цього реґіону.
1. В результаті обробки даних польових досліджень регіону вперше отримані кількісні показники і побудовані геохімічні покомпонентні карти (з використанням геоінформаційної системи MapInfo та баз даних Microsoft Access), які відображають реальний екологічний стан атмосферного повітря, ґрунтів та ґрунтових вод цього реґіону.
2. Створений банк даних екологічної інформації та реально функціонуюча комп’ютерна система реґіонального геоекологічного моніторингу компонентів довкілля Карпатського реґіону, основними структурними елементами якої є чотири блоки: моніторингові дослідження”, оцінка стану довкілля”, прогноз стану” та управління”. Вони логічно взаємопов’язані між собою інформаційними потоками.
Представлені результати різнобічної оцінки екологічного стану компонентів довкілля Карпатського реґіону та здійснене геоекологічне районування з виділенням районів з різним ступенем екологічної напруги, яка дозволяє оптимізувати систему природокористування та охорони природного довкілля. Розроблені пропозиції та здійснена оцінка затрат, необхідних для реалізації запропонованої нами системи реґіонального геоекологічного моніторингу як основи раціонального природокористування.
Практичне значення одержаних результатів
Методика створення системи комп’ютерного забезпечення реалізації геоекологічного моніторингу може бути використана Міністерством охорони навколишнього природного середовища України для її запровадження в інших реґіонах України.
1. Основні результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес: дисертантом розроблені курси Геоінформаційні системи”, Комп’ютерна картографія” та Банки екологічної інформації” для студентів спеціальності Екологія та охорона навколишнього середовища” в Інституті менеджменту та економіки Галицька Академія”, м.Івано-Франківськ; використовуються в курсі Екологічний моніторинг”, який викладається дисертантом в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу.
2. У дисертаційній роботі викладено теоретичні положення та результати практичного застосування ГІС-технологій не лише в управлінні станом довкілля, а й в інших галузях діяльності людини.
Особистий внесок здобувача. Автор дослідження брала безпосередню участь у виконанні польових експедиційних робіт протягом 1995-2004 рр., відборі, обробці аналізів проб, особисто склала та оформила еколого-геохімічні карти забруднення компонентів довкілля хімічними елементами. Ці матеріали і стали основою для написання роботи.
Опубліковано 9 статей, в яких розглядалися можливості застосування ГІС-технологій у вирішенні екологічних проблем, зокрема екологічного моніторингу, класифікація екологічних ситуацій, методика проведення екологічного моніторингу, схема прийняття управлінських рішень на основі моніторингових даних та інші питання. З них 2 статті у співавторстві, а саме: ГІС-технології оцінки екологічної ситуації для управління екологічною безпекою”, опублікована у Віснику Кременчуцького державного політехнічного університету” у 2004 році, дисертантом проводилось створення баз даних це близько 6% усієї роботи; та Виявлення негативних впливів забруднення на деревну рослинність м.Івано-Франківська”, опублікована як тези наукової конференції Інститутом менеджменту та економіки у 2001 році, дисертантом проводилась обробка даних в програмі Surfer це близько 20 % усієї роботи.
Апробація результатів дослідження. Основні результати дисертаційного дослідження доповідалися на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу та Інституту менеджменту та економіки Галицька Академія”, м. Івано-Франківськ, а також на науково-практичній конференції Екологічні проблеми нафтогазового комплексу” (м. Яремча, 23-27 лютого 2004 р.), науково-практичній конференції Сучасний стан навколишнього природного середовища промислових та гірничопромислових реґіонів. Проблеми та шляхи вирішення” (м.Слов’яногірськ, Донецька обл., 26-30 квітня 2004 р.), другій Міжнародній науково-практичній конференції Екологічна географія: історія, теорія, методи, практика” (м.Тернопіль, 27-29 травня 2004 р.), науково-технічній науковій міжнародній конференції Еколого-економічні проблеми Карпатського Єврореґіону” (м.Івано-Франківськ, 24-29 травня 2004 р.) та ін.
Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 9 статей, 4 з них у виданнях, включених ВАК України до переліку фахових наукових видань. Загальний обсяг публікацій 2,9 д.а.

Список литературы

ВИСНОВКИ

Екологічний стан давно освоєного Карпатського реґіону викликає стурбованість як населення, так і науковців. У зв’язку з цим, виконаний комплекс досліджень, спрямованих на оцінку екологічного стану головних компонентів довкілля, розробку концепції та програми реалізації першого етапу моніторингових досліджень та обґрунтування системи екологічно стабільних заходів для раціонального природокористування. Ці дослідження дозволили сформувати наступні висновки:
1. Реґіо­нальна система моніторингу має бути пов’язана із загальнодержавною системою моніторингу і включати до себе елементи та інформацію ло­кальних систем.
2. Ядром концепції реґіональної системи екологічного моніторингу є здоров’я людини і вона передбачає врахування не тільки традиційних і ві­домих забруднювачів, джерел ризику, а й малопомітних і потенцій­но небезпечних факторів і процесів.
3. Аналіз природних умов та структури Карпатського реґіону дозволяє обґрунтувати розташування пунктів мережі реґіонального геоекологічного моніторингу з урахуванням структури ландшафтів, ґрунтів та інших компонентів навколишнього середовища та їхньої просторової мінливості.
4. Аналіз всіх компонентів навколишнього середовища дав можливість вибрати найбільш оптимальні та значущі компоненти для моніторингових досліджень при визначенні екологічного стану, які мають взаємозв’язки з живими організмами і перебувають у найбільш загрозливому стані: атмосферне повітря, ґрунт та ґрунтові води.
5. Антропогенний чи природний вплив на довкілля переломлюється через властивості геосистем, тим самим спричиняючи зміни екологічного стану та інших пов’язаних з ним характеристик. Прослідкувати та оцінити їх можна тільки з допомогою добре налагодженої системи моніторингу та створення постійних чергових” карт або системи постійно оновлюваних екологічних карт.
6. Створений банк даних екологічної інформації Карпатського реґіону та реально функціонуюча комп’ютерна система реґіонального геоекологічного моніторингу компонентів довкілля Карпатського реґіону. Основними структурними елементами даної системи є чотири блоки: моніторингові дослідження”, оцінка стану довкілля”, прогноз стану” та управління”, які між собою логічно взаємопов’язані інформаційними потоками. Здійснена обробка інформації із застосуванням можливостей геоінформаційної системи MapInfo та баз даних Microsoft Access.
7. Здійснений аналіз проб на вміст важких металів та забрудників приповерхневого шару атмосфери по 21 показнику і параметру, в т.ч. аналіз складу атмосферного повітря; ґрунтів по 10 показниках; ґрунтових вод по 24 показниках і параметрах, що характеризують екологічний стан ґрунтових вод.
8. В результаті обробки та аналізу проб були побудовані геоелектронні карти поелементного вмісту забруднюючих речовин та комплексні карти забруднення приповерхневого шару атмосферного повітря, ґрунтів та ґрунтових вод за сумарним показником. Аналіз карт дозволив виділити геоеколо-гічні зони з умовно сприятливими, задовільними, напруженими, критичними та катастрофічними рівнями екологічних ситуацій.
9. Підрахована вартісна оцінка реалізації системи реґіонального екологічного моніторингу атмосферного повітря, ґрунтових вод, ґрунтового покриву на території Карпатського реґіону України, вона становить 3647005,2 грн. в рік.
10. Запропонована схема послідовності прийняття управлінських рішень на основі моніторингових досліджень: збір та обробка даних, отримання цифрової інформації; створення баз даних, редагування, збереження даних; обробка, створення візуального представлення ситуації, створення електронних комп’ютерних карт, графіків, діаграм (в залежності від мети поставленої задачі); аналіз даних із застосуванням відповідної інформації; передача цих даних відповідним відомчим структурам; використання та спрямування дій на покращення та виправлення тієї чи іншої екологічної ситуації та раціонального природокористування.
11. Екологічний стан атмосферного повітря характеризується наявністю умовно сприятливих ситуацій гірська частина Карпат, території на кордоні з Тернопільською областю; напружені та критичні ситуації майже на всій території реґіону; катастрофічні ситуації південний захід Закарпатської області (Маюрки, Мукачево, Ясиня), Івано-Франківська область (Калуш, Івано-Франківськ, Бурштин, Болехів), центральна частина Чернівецької області; вкрай катастрофічні ситуації території Львівської області (Миколаїв, Львів, Червоноград, Ст.Самбір, Стебник). Більшість плям забруднення сконцентрована навколо промислових центрів: Миколаєва, Стрия, Долини, Дрогобича, Самбора, Яворова, Львова, Івано-Франківська, Бурштина, Калуша, Червонограда, Добротвора.
12. Екологічний стан ґрунтового покриву характеризує наявність умовно сприятливих та задовільних ситуацій переважна частина реґіону, Закарпатська область (Ужгород, Мукачево, Виноградів, Свалява); напружена ситуація значні за площею плями, що розташовані на територіях Івано-Франківської (Долина, Калуш, Надвірна, від Рогатина до Коломийського району) та Чернівецької (від кордонів з Тернопільською і Івано-Франківською областями до Новоселиці та Стороженця) областей; критичний та катастрофічний рівні території Львівської області (Миколаїв, Львів, Стрий, Буськ, Радехів, Яворів, Мостиська, Кам’янка-Бузька), частково території Івано-Франківської, Чернівецької та Закарпатської областей.
13. Екологічний стан ґрунтових вод є дуже несприятливим, тут переважають задовільні, напружені та критичні ситуації ґрунтових вод: умовно сприятлива ситуація гірська частина реґіону і території, прив’язані до основних гірських хребтів; задовільна ситуація території Закарпатської та Чернівецької областей; напружена значні площі Львівської, Івано-Франківської, Закарпатської (Тячів, Ужгород, Мукачево, Берегово, Міжгір’я, Воловець) та Чернівецької (Чернівці, Глибока, Герци, Новоселиці, Кельменці, Сокиряни, Вижниця) областей; критична ситуація райони промислових центрів реґіону (Миколаїв, Жидачів, Стрий, Дрогобич, Долина, Рожнятів, Львів, Яворів, Радехів, Сокаль, Калуш, Івано-Франківськ, Надвірна, Тисмениця, Буськ) та окремі населені пункти Чернівецької області.
14. Складна екологічна ситуація в реґіоні зумовлена трьома головними факторами: забрудненнями від трансграничних переносів з Центральної і Східної Європи, реґіональним забрудненням від приватних великих підприємств, локальним забрудненням.