Возможности применения ГИС-технологий в мониторинге объектов размещения твердых коммунальных отходов

УДК 504.054

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В МОНИТОРИНГЕ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Ю. К. Алдушина, П. Н. Барановский

POSSIBILITES OF USING GIS-TECHNOLOGIES FOR MONITORING OF SOLID

MUNICIPAL WASTE SITES

Yu. K. Aldushina, P. N. Baranovskiy

Места размещения твердых коммунальных отходов (ТКО) являются объектами многофакторного воздействия на состояние окружающей среды. Для решения прикладных экологических задач применен относительно новый инструмент - географические информационные системы (ГИС). Объект исследования - свалка ТКО в ГО «г. Калининград». Источником информации являются спутниковые снимки, карта функциональных зон ГО «г. Калининград» и сведения публичной кадастровой карты. Расчет пространственных характеристик свалки и нормативных санитарно-защитных зон (СЗЗ) проводился с использованием ГИС-приложения ArcGIS. На основании анализа спутниковых снимков установлено, что свалка в период до 2011 г. имеет очертания сложной формы, что является следствием бессистемного размещения отходов с нарушением правил эксплуатации полигонов ТКО. Отмеченное ранее увеличение площади свалки и изменение контуров ее границ с 2011 г. не происходит, что подтверждается и значениями коэффициента эффективности использования площади территории. В ходе пространственного анализа отмечены нарушения, связанные с целевым использованием земель в процессе размещения ТКО, которое было устранено только в 2015 г. за счет выделения дополнительного земельного участка. Изменение пространственной конфигурации свалки в рассматриваемый период привел к смещению нормативных границ СЗЗ, особенно в направлении жилой застройки. Применение ГИС-технологий в мониторинге жизненного цикла мест размещения ТКО возможно для выявления нарушений природоохранного законодательства, информационной поддержки принятия судебных решений в сфере природоохранного законодательства, оптимизации мест размещения ТКО и мониторинга их дальнейшей рекультивации. Основными контролируемыми показателями могут быть: изменение площади и положения границ, изменение нормативных границ СЗЗ, соответствие границ мест размещения ТКО кадастровым границам и иным разрешительным документам, изменение состояния территории мест размещения ТКО и прилежащей территории.

объекты размещения отходов, ГИС, дистанционный мониторинг, законодательство, санитарно-защитная зона, Калининград

Solid municipal waste (SMW) sites are objects of multiple impact on condition environmental conditions. The Geographic Information System (GIS) as a new tool used for solving of applied environmental tasks. The research object is a SMW site in the city of Kaliningrad. The sources information are satellite photos, a map of functional zones of the city of Kaliningrad and data of the public cadastral map. Calculation of spatial characteristics of the landfill and normative sanitary protection zone (SPZ) has been carried out using GIS-application ArcGIS. According to the analysis of the satellite photos, it has been determined that till 2011 the landfill is of a very complex shape which is a consequence of random waste disposal with violation of regulations of SMW sites exploitation. Previously noticed increase of the landfill square and change of its borders, has not been determined since 2011 ,which is confirmed by the efficiency coefficient of the territory use. In the course of the spatial analysis, some violations have been noted connected with target using of land when disposing of SMW, that were rectified in 2015 due to allocation of additional land. Changing of spatial configuration of the landfill during the period in consideration has brought to displacement of the normative borders of SPZ, especially in the direction of residential construction. Application of GIS-technologies in monitoring of the life cycle of SMW landfills could be applied for detection of environmental legislation violation, informational support for decision making in environmental legislation, optimization of places for SMW disposal and monitoring of its further recultivation. Main test items could be: changing of square and borders of the landfill, change of normative borders of SPZ, correspondence of the landfill borders to the cadastral borders and other approval documents, as well as change of conditions on SMW site and adjacent territory.

waste disposal sites, GIS, remote monitoring, legislation, sanitary protection zone, Kaliningrad

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в нашей стране все больше внимания уделяется вопросу обращения с твердыми коммунальными отходами. Особенно критическая ситуация сложилась с местами их размещения, которые сами по себе являются объектами многофакторного воздействия на состояние окружающей среды. Все чаще для решения прикладных экологических задач применяется относительно новый инструмент - географические информационные системы (ГИС). В первую очередь интерес применения ГИС-технологий в данной сфере был связан с поиском мест для размещения ТКО и мест их несанкционированного размещения путем дешифровки спутниковых снимков [1 - 3]. Однако значительный интерес также представляет мониторинг санкционированных свалок и полигонов ТКО на всех этапах их существования в связи с необходимостью оценки и прогноза долговременных последствий их эксплуатации. В данной работе для оценки возможностей применения ГИС-технологий выбран наиболее проблемный для Калининградской области объект - санкционированная свалка ТКО в ГО «г. Калининград».

Свалка ТКО в черте ГО «г. Калининград» была введена в эксплуатацию в 1978 г. как место временного размещения, проектная площадь которой составляла 13,5 га. На протяжении всего периода ее эксплуатации вплоть до настоящего времени ей присваивался различный статус, а именно: «санкционированная

свалка», «свалка ТБО», «место складирования и размещения ТБО». Несмотря на проводимые в последние годы мероприятия по улучшению ее санитарно-технического состояния, устройство свалки ТКО ГО «г. Калининград» не отвечает требованиям санитарного законодательства [4-9]. В 2012 г. данная свалка ТКО вошла в перечень объектов накопленного экологического ущерба, расположенных на территории Калининградской области, и в 2014 г. включена в Федеральную целевую программу РФ «Ликвидация экологического ущерба в РФ (2014-2025 гг.)» с разработкой проекта рекультивации, утвержденного в 2016 г. [5, 10].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

В качестве источника информации для ретроспективной оценки изменения пространственных характеристик свалки ТКО использовались спутниковые снимки из картографического приложения «Google Earth» и сервисы «ArcGIS Online». Кроме того, для анализа были привлечены материалы карты функциональных зон ГО «г. Калининград» масштаба М 1:10 000, входящей в графическую часть генерального плана ГО «г. Калининград» до 2035 г. (утвержденная решением городского Совета депутатов Калининграда № 225 от 06.07.2016), и сведения публичной кадастровой карты Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр).

Расчет пространственных характеристик свалки ТКО и нормативных санитарно-защитных зон проводился в системе координат МСК-39 с использованием ГИС-приложения ArcGIS 10.2.1. (ESRI).

С целью оценки эффективности использования площади для размещения ТКО введен показатель, аналогичный по своей сути коэффициенту извилистости береговой черты для водоемов [11]. Данный показатель определяется как отношение периметра свалки к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади свалки, и рассчитывается по формуле (1):

K = = Ä '

г окр ¿V 1 L Э

где К - показатель эффективности использования площади под размещение ТКО; - периметр свалки; P^ - длина окружности,

ограничивающая круг, равный площади свалки S.

Данный коэффициент всегда будет принимать значения, равные или больше единице. Чем ближе значение к единице, тем более компактное расположение будет иметь свалка; при значении, равном единице, будет наблюдаться максимальная теоретически возможная эффективность использования площади (при одной и той же площади периметр будет минимален).

Деятельность объектов размещения отходов регулируется законодательством в области обращения с отходами производства и потребления (далее - отходами) и санитарным законодательством. Федеральный закон ФЗ №89 «Об отходах производства и потребления» определяет требования к объектам размещения отходов. Одним из требований данного закона является запрет на захоронение отходов в границах населенных пунктов. Выполнение этого требования, мониторинг и анализ морфометрических характеристик легко реализуются с помощью ГИС-технологий.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В целях обеспечения безопасности населения и в соответствии с ФЗ-№52 "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" вокруг объектов и производств, являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, должна быть установлена специальная территория с особым режимом использования, называемая санитарно-защитной зоной (СЗЗ). В российском законодательстве, а именно в СанПин 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов", за последние 10 лет произошли кардинальные изменения в санитарной классификации объектов размещения отходов и соответственно размеров их СЗЗ [9]. Так, введенные в 2008 г. для объектов размещения отходов, которые полностью не соответствуют понятию «полигон», понятия «усовершенствованные свалки твердых бытовых отходов» и «усовершенствованные свалки для неутилизированных твердых промышленных отходов» с установлением СЗЗ размером 1000 м в 2014 г. были исключены из санитарной классификации промышленных объектов и сооружений. И в этот же период были введены такие новые объекты, как «полигон твердых бытовых отходов, участки компостирования твердых бытовых отходов» и «полигоны по размещению, обезвреживанию, захоронению токсичных отходов производства и потребления 3 - 4-го классов опасности» с установлением меньшей СЗЗ размером 500 м. Исключение понятия «свалки» и отсутствие СЗЗ для этих объектов из СанПин 2.2.1/2.1.1.1200-03 являются, с одной стороны, объяснимыми ввиду происходящих коренных изменений в российском природоохранном законодательстве, но с другой - в законодательстве появился «правовой вакуум», связанный с эксплуатацией и потенциальным увеличением границ действующих до сих пор свалок ТКО, контролем границ СЗЗ и соответственно соблюдением мер по обеспечению санитарно-эпидемиологического благополучия населения. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что с точки зрения действующего законодательства существующая санкционированная свалка ТКО ГО «г. Калининград» не соответствует санитарной классификации предприятий и для нее не установлена СЗЗ, что не позволяет осуществлять надзор за соблюдением санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Ввиду несоответствия всем требованиям российского законодательства в области обращения с отходами производства и потребления и обеспечения санитарного законодательства в Калининградской области за последние годы сформировалась судебная практика по данному объекту [12]. Для оценки расположения объекта с целью последующего принятия решения по его управлению различные органы государственного власти в качестве одного из основополагающих аргументов используют картографические сервисы, основанные на ГИС-технологиях (карты Яндекс, Google).

С целью ретроспективной оценки развития свалки ТКО по серии спутниковых снимков высокого разрешения определены простые морфометрические характеристики объекта - площадь и периметр (таблица). На спутниковых снимках видно, что свалка в период до 2011 г. имеет очертания сложной формы, в ряде случаев границы размыты, что является следствием бессистемного размещения отходов с нарушением правил эксплуатации полигонов ТКО [9]. В результате отдельные легкие фракции ТКО с поверхности

свалки легко уносились ветром на прилегающие территории, относящиеся к землям лесного фонда. Кроме того, склоны свалки ТКО из-за неверной планировки отходов техникой подвергались периодическим оползаниям. Все вышеперечисленное приводило к значительному изменению конфигурации границ и площади свалки. К 2007 г. форма свалки значительно усложнилась по сравнению с 2003 г. Так, увеличились её периметр с 1,35 до 1,71 км, коэффициент эффективности использования площади с 1,19 до 1,30, что свидетельствует о снижении компактности свалки и использовании менее рационального способа размещения ТКО. Следует также отметить, что к 2003 г. свалка все еще находилась в пределах проектных параметров, использовалось около 76,3 % от проектной площади, в то время как к 2007 г. в результате стихийного разрастания (на 25,9 % относительно проектной площади) свалка вышла за пределы проектных границ. Темпы приращения площади в период между 2003 -2007 гг. составили в среднем 6,5 % в год относительно проектной площади. К 2011 г. на снимках заметны существенные изменения, контуры свалки становятся четко оформленными, появляется выраженное террасирование ее тела. Площадь в период с 2007 по 2011 гг. вырастает до 114,1 % относительно проектных параметров, скорость приращения площади свалки в этот период сократилась и составила в среднем 3,0 % в год. Начиная с 2011 г. и по настоящее время увеличение площади свалки и изменение её границ не происходят. Несмотря на общее увеличение площади, отходы стали размещаться более компактно, коэффициент эффективности использования площади свалки для размещения ТКО значительно снизился по сравнению с предыдущим периодом - 1,17.

Таблица. Динамика морфометрических характеристик свалки ТКО ГО «г. Калининград»

Table. Changes of morphometric characteristics of the landfill in Kaliningrad

Год

Показатель

2003

2007

2011

2013

2016

Площадь, га

10,3

13,8

15,4

15,4

15,4

Площадь

относитель

но

проектной, %

76,3

102,2

114,1

114,1

114,1

Периметр, км

1,35

1,71

1,63

1,63

1,63

К

1,19

1,30

1,17

1,17

1,17

На спутниковых снимках заметно увеличение со временем количества террас, что свидетельствует об увеличении объема размещенных ТКО на свалке не за счет расширения площади, а за счет увеличения высоты тела свалки. Также в этот период отмечено постепенное зарастание травянистой растительностью склонов террас. Наблюдаемые изменения связаны с изменениями способа размещения ТКО, отходы в этот период начали размещаться в соответствии с требованиями к эксплуатации полигонов ТКО [9, 13].

В ходе пространственного анализа отмечены нарушения, связанные с целевым использованием земель в процессе размещения ТКО. Согласно данным публичной кадастровой карты Росреестра под свалку выделен участок площадью 13,8 га, причем первоначальная постановка на учет данного земельного участка проведена в 2006 г., однако в результате бессистемного размещения отходов фактическая территория свалки вышла за кадастровые границы и часть ТКО оказалась на землях лесного фонда. В 2015 г. предприятию собственнику свалки был передан земельный участок площадью 6,4 га, окаймляющий территорию, первоначально выделенную под размещение ТКО. Данный участок сменил тип разрешенного использования с «земли лесного фонда (городские леса)» на «специальную деятельность». Таким образом, за счет передачи в пользование дополнительного земельного участка устранено правонарушение, связанное с нецелевым использованием земель и порчей земель, регулируемое КоАП РФ.

Изменение пространственной конфигурации свалки в рассматриваемый период привело к смещению нормативных (1000 м) границ санитарно-защитной зоны. Особенно заметное изменение границ наблюдалось в северном направлении в сторону жилой застройки. В результате с 2011 по 2016 гг. в санитарно-защитной зоне оказалось 5,5 га жилой зоны, из них 0,5 га - зона среднеэтажной застройки (пять-восемь этажей) и 5 га - зона застройки малоэтажными жилыми домами (до четырех этажей) (рисунок). Таким образом, проведенный с помощью ГИС пространственный анализ показал существенное нарушение санитарных норм, являющееся следствием слабого контроля за эксплуатацией места размещения ТКО.

Наряду с мониторингом эксплуатации мест размещения ТКО, перспективным направлением является использование ГИС для мониторинга рекультивации свалок и полигонов ТКО. С этой целью также необходимо использовать разновременные снимки высокого разрешения, которые позволят провести контроль мероприятий по стабилизации тела полигона или свалки, оценить состояние территории, в том числе и скорость протекания сукцессионных процессов.

Рис. Изменение границ СЗЗ свалки ГО «г. Калининград» Fig. Change of the borders of the landfill SPZ in Kaliningrad

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение геоинформационных технологий в мониторинге жизненного цикла мест размещения ТКО возможно по нескольким направлениям:

- выявление нарушений в области природоохранного законодательства;

- информационная поддержка принятия судебных решений в сфере природоохранного законодательства;

- рационализация эксплуатации мест размещения ТКО;

- мониторинг процесса рекультивации свалок.

В качестве основных контролируемых показателей для осуществления мониторинга на всех этапах жизненного цикла мест размещения ТКО служат: изменение площади и положения границ, изменение нормативных границ санитарно-защитной зоны, соответствие границ мест размещения ТКО кадастровым границам и иным разрешительным документам, изменение состояния территории мест размещения ТКО и прилежащей территории.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Aderoju Olaide M., Salman Salis K., Anjoye Susan, Nwadike Blessing, Jantiku Jagila, Adebowale Rasheed K., Fagbemiro Olayinka A., Agu Nnemeka V. A

Geo-Spatial Approach for Solid Waste Dumpsites for Sustainable Development in Minna, Niger State, Nigeria // Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology. 2014. Vol. 8. P. 16-28 URL: www.iosrjournals.org (дата обращения: 20.02.2017).

2. Silvestri S. Omri M. A method for the remote sensing identification of uncontrolled landfills: Formulation and validation // Int. J. Remote Sens. 2007. Vol. 29. P. 975-989.

3. Yuei-An Liou, Soe Myint, Prasad S. Thenkabail. Remote Sensing Analysis Techniques and Sensor Requirements to Support the Mapping of Illegal Domestic Waste Disposal Sites in Queensland, Australia // Remote Sensing. 2015. Vol. 7

4. Государственный доклад об экологической обстановке в Калининградской области в 2013 году. - Калининград, 2014. - 204 с.

5. Государственный доклад об экологической обстановке в Калининградской области в 2014 году. - Калининград, 2015. - 189 с.

6. Доклад о состоянии и об охране окружающей природной среды Калининградской области в 2001 году. - Калининград: ООО «Калининградский печатный двор», 2002. - 160 с.

7. Доклад об экологической обстановке в Калининградской области в 2011 году. - Калининград, 2012. - 166 с.

8. Доклад об экологической обстановке в Калининградской области в 2012 году. - Калининград, 2013. - 204 с.

9. О введении в действие новой редакции санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» [Электронный ресурс]: постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 25.09.2007 № 74 (ред. от 25.04.2014). Доступ из справ. - правовой системы «КонсультантПлюс» (дата обращения 20.02.1017).

10. Проекты рекультивации свалки в Космодемьянском и тлеющих короотвалов "Дариты" прошли госэкспертизу. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://klops.ru/news/obschestvo/142130-proekty-rekultivatsii-svalki-v-kosmodemyanskom-i-tleyuschih-korootvalov-darity-proshli-gosekspertizu_ (дата обращения: 15.02.2017).

11. Чеботарев, А. И. Общая гидрология (воды суши) / А. И. Чеботарев. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. - С. 430.

12. Свалка навсегда [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rugrad.eu/interview/847361/

13. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов [Электронный ресурс]: утв. Минстроем России 02.11.1996 г. Документ опубликован не был. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

REFERENCES

1. Aderoju Olaide M., Salman Salis K., Anjoye Susan, Nwadike Blessing, Jantiku Jagila, Adebowale Rasheed K., Fagbemiro Olayinka A., Agu Nnemeka V. A

Geo-Spatial Approach for Solid Waste Dumpsites for Sustainable Development in Minna, Niger State, Nigeria. Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology. 2014, vol. 8, pp. 16-28, available at: www.iosrjoumals.org (Accessed 20 Febryary 2017).

2. Silvestri S., Omri M. A method for the remote sensing identification of uncontrolled landfills: Formulation and validation. Int. J. Remote Sens. 2007, vol. 29, pp. 975-989.

3. Yuei-An Liou, Soe Myint, Prasad S. Thenkabail. Remote Sensing Analysis Techniques and Sensor Requirements to Support the Mapping of Illegal Domestic Waste Disposal Sites in Queensland, Australia. Remote Sensing. 2015, vol. 7(10), pp. 13053-13069, available at: http://www.mdpi.com/2072-4292/7A0/13053 (Accessed 27 Febryary 2017).

4. Gosudarstvennyj doklad ob jekologicheskoj obstanovke v Kaliningradskoj oblasti v 2013 godu [State report on environmental situation in the Kaliningrad region in 2013] . Kaliningrad, 2014, 204 p.

5. Gosudarstvennyj doklad ob jekologicheskoj obstanovke v Kaliningradskoj oblasti v 2014 godu [State report on environmental situation in the Kaliningrad region in 2014]. Kaliningrad, 2015, 189 p.

6. Doklad o sostojanii i ob ohrane okruzhajushhej prirodnoj sredy Kaliningradskoj oblasti v 2001 godu [Report on the natural environmental state and protection in the Kaliningrad region in 2001]. Kaliningrad, Kaliningradskij pechatnyj dvor, 2002, 160 p.

7. Doklad ob jekologicheskoj obstanovke v Kaliningradskoj oblasti v 2011 godu [Report on environmental situation in the Kaliningrad region in 2011]. Kaliningrad, 2012. 166 s.

8. Doklad ob jekologicheskoj obstanovke v Kaliningradskoj oblasti v 2012 godu [Report on environmental situation in the Kaliningrad region in 2012]. Kaliningrad, 2013, 204 p.

9. O vvedenii v dejstvie novoj redakcii sanitarno-jepidemiologicheskih pravil i normativov SanPiN 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Sanitarno-zashhitnye zony i sanitarnaja klassifikacija predprijatij, sooruzhenij i inyh ob'ektov". Postanovlenie Glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha RF ot 25.09.2007 № 74 (red. ot 25.04.2014) [On introduction of a new version of the sanitary and epidemiological regulations SanPiN 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Sanitary protection zones and sanitary classification of enterprises, constructions and other facilities". Directive of the Chief sanitary officer of the Russian Federation dated 25.09.2007 № 74 (revised 25.04.2014)]. Dostup iz spravochno-pravovoj sistemy "Konsul'tantPljus" (Accessed 20 Febryary 2017).

10. Proekty rekul'tivacii svalki v Kosmodem'janskom i tlejushhih korootvalov "Darity" proshli gosjekspertizu [Projects of recultivation of the landfill in Kosmodemyanskiy settlement and waste wood disposal sites "Darita" underwent State examination], available at: https://klops.ru/news/obschestvo/142130-proekty-rekultivatsii-svalki-v-kosmodemyanskom-i-tleyuschih-korootvalov-darity-proshli-gosekspertizu (Accessed 15 Febryary 2017).

11. Chebotarev A. I. Obshhaja gidrologija (vody sushi) [General hydrology (continental waters)]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, 430 p.

12. Svalka navsegda [Landfill forever], available at: http://rugrad.eu/interview/847361/ (Accessed 20 Febryary 2017).

13. Instrukcija po proektirovaniju, jekspluatacii i rekul'tivacii poligonov dlja tverdyh bytovyh othodov [Guideline for design, maintenance and recultivation of solid waste disposal sites]. Utv. Minstroem Rossii 02.11.1996 g. Jelektronnyj resurs, dokument opublikovan ne byl. Dostup iz spravochno-pravovoj sistemy "Konsul'tantPljus".

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Алдушина Юлия Казимировна - Калининградский государственный технический университет; кандидат биологических наук, доцент; E-mail: ruigite@gmail.com

Aldushina Yulia Kazimirovna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Biological Science, Associate Professor; E-mail: ruigite@gmail.com

Барановский Павел Николаевич - Калининградский государственный технический университет; старший преподаватель; E-mail: baranovskiy@klgtu.ru

Baranovskiy Pavel Nikolaevich - Kaliningrad State Technical University; senior lecturer; E-mail: baranovskiy@klgtu.ru