Введение
Районирование по условиям развития опасных техноприродных процессов (ОПТП) с комплексной оценкой экологического состояния природной среды является важнейшей задачей инженерно-экологических исследований с оценкой территорий по степени опасности возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера, которые в большинстве случаев являются результатом синергетического действия геодинамических и техногенных процессов. Геодинамика и техногенез представляют собой два мощных современных фактора планетарного и регионального уровней, которые приводят к глобальному изменению окружающей среды обитания человека и геологической среды в частности.
Изучение активных геодинамических зон и применение линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализа имеют огромное значение для решения различных практических задач [6; 8]. Неотектонические условия играют одну из основных ролей при определении геодинамических и геоэкологических условий территорий. Состояние окружающей природной среды зависит от многих факторов и контролируется, прежде всего, геодинамическими условиями, обусловленными глубинным строением земной коры и степенью активности современных тектонических движений [2]. В строении земной коры выделяются два основных геодинамических элемента – относительно монолитные геоблоки со стабильным неотектоническим режимом и геодинамические активные зоны со значительно более высокой мобильностью неотектонических движений. Поэтому при характеристике геоэкологических условий важно выделить эти геоблоки и определить степень неотектонической активности, которая отражается на формировании геохимических и геофизических геопатогенных аномалий, водоносных зон, на степени инженерной устойчивости и сейсмичности территории, в увеличении диапазона экзогенных геологических процессов.
Методика и результаты исследований
Методические основы районирования территорий по степени риска возникновения ЧС природного и техногенного характера на примере Пермского края разработаны нами в Пермском госуниверситете [9]. Отличие предложенной схемы районирования от других схем (разработанных И.В. Поповым, Г.А. Голодковской, В.Т. Трофимовым и др.) состоит в том, что в ней учитывается техногенная составляющая инженерно-геологических условий, а также факторы, определяющие не только относительно статичные характеристики литосферы, но и динамические показатели внешних на нее воздействий.
Основной методологический принцип исследований базируется на системном подходе – комплексности, преемственности и соподчинении масштабов работ. Районирование территорий по риску возникновения ЧС на региональном уровне является единым, независимо от масштаба работ. Типологическое районирование (ранжирование условий) проводилось по двум основным индивидуальным информационным группам: регионально-геологическим и социально-техногенным условиям развития ОПТП. При разработке таксонов индивидуального районирования и выбора критериев их выделения учитывался фактор детальности работ и специфика отдельных территорий. Для систематизации и ранжирования таксонов была разработана классификационная схема признаков индивидуальных видов районирования с оценкой их значимости по шкале баллов, присвоенных экспертно каждому индивидуальному признаку районирования с разбивкой на 4 градации. Для выделения административно-территориальных единиц с повышенным уровнем природного и техногенного риска развития ЧС проводилось оценочное районирование с использованием схемы перекрестного районирования по основным условиям развития ОПТП.
Районирование проводилось в два основных этапа: региональный этап масштаба 1:500 000 (в границах субъектов РФ) и зональный этап масштаба 1:200 000 (в границах отдельных административно-территориальных единиц с повышенным уровнем природного и техногенного риска развития ЧС). При этом проводилось два вида индивидуального районирования.
1. Индивидуальное районирование территории Пермского края по основным регионально-геологическим условиям развития ОПТП проводилось с использованием тектонического, неотектонического, геоморфологического и гидрогеологического признаков [8], которые в совокупности характеризуют современную геодинамическую активность. По их основным признакам обособлены районы I-IV порядков. Районы I порядка выделены по сейсмичности (на основе карты общего сейсмического районирования ОСР-97-С территории РФ). По данным ИФЗ РАН, на территории Пермского края выделяется зона наивысшей для всей Восточно-Европейской платформы и Урала сейсмической активности. Вероятность сейсмической опасности может повышаться в пределах территориальных единиц с аномально высоким уровнем техногенной нагрузки. Районы II порядка выделялись по коэффициенту суммарной эрозионной расчлененности рельефа, рассчитанному в условных единицах м·км/км2. Этот показатель характеризует современные геоморфологические и неотектонические условия. Районы III порядка выделены по показателю суммарной линейной плотности мегатрещин. Это наиболее важный геодинамический (тектонический) показатель, при расчете которого учитывались данные среднемасштабного (1:100 000-1:200 000) аэрокосмического дешифрирования [6]. Сопоставление полученных данных показывает, что современная сеть линеаментов и мегатрещин наложена на более древний структурный каркас разломной тектоники и отображает новейшие деформации пород. Развиваясь на нем и взаимодействуя с ним, она создает постоянно действующий тектонический каркас, который определяет интенсивность современных геологических процессов, протекающих в заключительную фазу неотектонического этапа развития Пермского Приуралья. Районы (участки) IV порядка выделялись по гидрогеологическому показателю – модулю подземного стока. Установлено, что чем выше модуль подземного стока, тем выше вероятность неотектонической активности и, следовательно, выше вероятность развития ОПТП [7].
2. Индивидуальное районирование территории Пермского края по социально-техногенным условиям развития ОПТП позволило выделить основные таксоны – комплексы I-IV порядков. Комплексы I порядка обособлены по плотности населения (в чел/км2) – важнейшему показателю, характеризующему степень освоенности территорий. «Человеческий» фактор, несомненно, занимает приоритетное положение при оценках «уязвимости» территорий от развития ЧС техноприродного характера. Комплексы II порядка выделены с учетом степени общей техногенной нагрузки в границах территориально-административного деления Пермского края. Комплексы III порядка выделены по суммарной линейной плотности магистральных и межпромысловых нефте- и газопроводов, км/км2. Большую потенциальную опасность представляют сотни пересечений их с реками, железными и автомобильными дорогами, где отмечены аварийные загрязнения грунтов нефтепродуктами [1; 10]. Комплексы IV порядка выделены по важнейшему техногенному фактору территории – площади подработанных пространств калийными рудниками, напрямую обуславливающими проседание земной поверхности [4].
Пространственные картографические модели по индивидуальным видам районирования территории по каждому информационному блоку создавались с использованием программы ArcView. Сопряжение разнородной информации и пространственное суммирование таксонов было выполнено с использованием Model Builder, который является составной частью Spatial Analist. В дальнейшем все карты информационных блоков были преобразованы в грид, и методом оверлейнового суммирования таксонов были составлены схемы индивидуального районирования (рис. 1). Конечными таксонами при совмещении двух видов районирования по регионально-геологическим и социально-техногенным условиям развития ОПТП являются природно-технические системы (ПТС), которые были обособлены путем наложения друг на друга независимых индивидуальных по содержанию подсистем районирования. В результате была составлена интегральная схема районирования по природно-техногенным условиям развития ОПТП, на которой выделены ПТС с низкой, средней, высокой и очень высокой вероятностью развития опасных техноприродных процессов (рис. 2).
Обсуждение результатов исследований
Проведенное региональное районирование территории Пермского края по условиям развития опасных техноприродных процессов позволило выделить 9 основных территориально-промышленных комплексов (ТПК): 1) Пермско-Краснокамский, 2) Соликамско-Березниковский, 3) Лысьвенско-Чусовской, 4) Кизеловско-Губахинский, 5) Добрянско-Полазненский, 6) Кунгурский, 7) Чайковский, 8) Осинский, 9) Ординско-Суксунский.
Первые шесть ТПК охватывают большие по площади территории и характеризуются высокой вероятностью развития ОПТП, а также неблагоприятными и весьма неблагоприятными экологическими условиями, которые отвечают категориям экологического кризиса или бедствия. Данные территории представляют собой практически полностью антропогенные ландшафты с развитием промышленных и селитебных зон.
Рис. 1. Схемы индивидуального районирования
Рис. 2. Схема районирования и оценки территории Пермского края по опасностям и рискам возникновения ЧС с экологическими последствиями [9 – с изменением]
Для них характерна высокая концентрация населения и опасных техногенных объектов. В пределах этих территорий находятся 11 химически опасных городов: 1-й степени химической опасности – Пермь, Березники, Соликамск, Краснокамск; 2-й степени химической опасности – Кунгур, Губаха; 3-й степени химической опасности – Лысьва, Чусовой, Добрянка, Гремячинск, Кизел. В этих городах сосредоточено около 70 химически опасных объектов экономики, и, по результатам прогноза возможных ситуаций с выбросом аварийно химически опасных веществ в атмосферу, в зоне возможного заражения могут оказаться значительные площади селитебных зон. Негативное влияние на уровень защищенности населения от ЧС в указанных ТПК оказывает катастрофическая степень нарушенности природной среды, которая характеризуется повсеместным распространением ОТПП (существует прямая угроза техногенных или карстовых провалов, затопления и подтопления территорий, землетрясений, переработки берегов). Более половины (77%) выявленных очагов загрязнения подземных вод в Пермском крае приходится на площади Соликамско-Березниковского, Пермско-Краснокамского, Кизеловско-Губахинского и Лысьвенско-Чусовского территориально-промышленных комплексов, где проживает более половины населения края.
Для этих территорий установлена опасная тенденция увеличения интенсивности и площадей развития техногенного загрязнения, что связано в основном с недропользованием – с добычей и переработкой калийных солей Верхнекамского месторождения, ликвидацией (затоплением) шахт Кизеловского угольного бассейна, эксплуатацией нефтяных месторождений и концентрацией опасных промышленных производств в городских агломерациях или в непосредственной близости от них. Установлены обширные геохимические аномалии по всем средам с ореолами и потоками с чрезвычайно опасной степенью загрязнений, превышающих 3-20 ПДК (иногда сотни и тысячи ПДК). В перечисленных ТПК отмечается высокий уровень заболеваемости населения.
По совокупности двух видов районирования в южной части Пермского края выделяются площади с меньшим территориальным охватом, которые также характеризуются повышенным уровнем возникновения ЧС техноприродного характера: Осинская градопромышленная зона (радиоэкологические последствия подземных ядерных взрывов – изменения гидрогеологического режима в зоне активного водообмена, очаги радиационного загрязнения подземных вод; высокая плотность нефтегазопроводов и объектов нефтедобычи); Чайковская градопромышленная зона (расположена в приплотинной части Воткинского гидроузла, имеются химические производства 2-й степени опасности); Ординско-Суксунская зона продуктопроводов (высокая плотность нефтегазопроводов, проходящих по зонам активно развивающихся карстово-суффозионных процессов, приводящих к деформациям земной поверхности и сооружений).
По аналогичной методике проводилось зональное районирование территории наиболее сложного – Березниковско-Соликамского промузла с выделением зон повышенного уровня риска возникновения ЧС техногенного и природного характера (рис. 3) и некоторых других районов.
Рис. 3. Схема районирования Березниковско-Соликамского промузла по степени риска возникновения ЧС природного и техногенного характера
Заключение. Результаты данного районирования практически полностью подтверждают результаты геоэкологического районирования и комплексной оценки экологического состояния территории Пермского края, проведенные в процессе геоэкологического картографирования [3; 5]. Но в отличие от первого вида районирования (являющегося результатом уже свершившихся действий техноприродных факторов) второй вид представляет собой в большей степени схему прогнозирования новых техноприродных процессов. Практика подтверждает необходимость внедрения методики линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализов при геоэкологическом картографировании и районировании территорий с оценкой техноприродных опасностей развития чрезвычайных ситуаций.
Рецензенты:
Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, зав. кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., зав. кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.