СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЧАСТКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ТОКСИЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
METHOD OF DETERMINING AREAS CONTAMINATED WITH HEAVY METALS AND TOXIC ELEMENTS

Изобретение относится к геоэкологии и может быть использовано для выявления источников загрязнения, разработки рекомендаций для снижения опасных концентраций тяжелых металлов и токсичных элементов в окружающей среде.
o
o
Известен способ геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса экологической опасности среды, включающий проведение геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса I экологической опасности среды с использованием линейной и/или среднеквадратичной форм аппроксимации компонент индекса экологической опасности, на основе чего, используя результаты химического анализа проб донных отложений и воды, отобранных по выбранной сетке исследования площади исследуемой среды и нормальные и градиентные геофизические i-поля на площади среды, делают вывод о результатах мониторинга по интегрально-комплексной оценке (ИКО) индекса I экологической опасности [1].
Способ трудоемкий и не обеспечивает оценку большого объема анализируемых элементов в совокупности.
Известен способ определения загрязнения почвы химическим элементом, который включает отбор почвенных образцов и определение содержания валовых форм химического элемента на исследуемом участке и на фоновой территории, их сопоставление. В качестве фоновой территории используют тот же исследуемый участок, его фоновое содержание определяют по содержанию химического элемента в почвообразующей породе, значение которого умножают на коэффициент аккумуляции этого элемента [2].
Способ не обеспечивает качество и визуализацию загрязнения территории.
Наиболее близким является способ определения участков загрязнения окружающей среды, включающий отбор проб и их анализ на содержание тяжелых металлов, статистическую обработку результатов по комплексу аналитических данных с последующим построением карт экологического состояния окружающей среды [3].
Способ не позволяет получить данные по труднодоступным объектам и произвести оценку загрязнения данных территорий.
Технический результат - повышение эффективности выявления и визуализации участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами в труднодоступных местах.
Технический результат достигается тем, что в способе определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами, включающем отбор проб, их анализ на содержание тяжелых металлов и последующее построение карт экологического состояния окружающей среды, выбор мест взятия проб воды осуществляют на основе анализа карты-схемы в растровом формате с географической привязкой UTM53, использующейся в качестве подложки, создание на ней с помощью ArcGIS 9.0 точечного слоя с местами взятия проб, подключение к точечному слою в качестве атрибутивной информации данных анализов проб воды на содержание тяжелых металлов и токсичных элементов с исключением влияния их концентраций друг на друга посредством масштабирования среднего и дисперсии, создание полей распределения концентраций анализируемых элементов по изученной территории с дополнительным полем значений среднеквадратичной суммы по каждому из элементов.
Совокупность новых существенных признаков позволяет решить новую техническую задачу - повышение эффективности и визуализации участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами в труднодоступных местах.
На фиг.1 - схема загрязнения части территории Хабаровского края свинцом.
Способ выполняется следующим образом.
Учитывая, что состав поверхностных вод формируется путем стекания атмосферных осадков с территории водосбора и несет информацию о загрязненности этой территории тяжелыми металлами и токсичными элементами, осуществлялся выбор мест взятия проб воды в доступных местах путем анализа карты-схемы в растровом формате с географической привязкой UTM53, использующейся в качестве подложки. На ней с помощью ArcGIS 9.0 создавался точечный слой с местами взятия проб. Результаты анализов проб воды на содержание тяжелых металлов и токсичных элементов подключались к точечному слою в качестве атрибутивной информации. Чтобы исключить влияние концентраций друг на друга, их значения по каждому элементу для всех точек взятия проб масштабировались таким образом, что среднее = 0 и дисперсия = 1. Таким образом, создавались поля, которые отображают распределение концентраций анализируемых элементов по изученной территории. Создавалось дополнительное поле значений среднеквадратичной суммы по каждому из элементов. Это поле содержало информацию о суммарном содержании всех элементов в точках опробования. Компьютерная база данных построена в ArcGIS 9.0 с использованием двух основных слоев: растровая карта-схема района исследований как подложка и точки взятия проб с результатами анализов в качестве атрибутики. Интерполяция производилась с помощью модуля ArcGIS «Geostatistical Analyst». Ее результаты записывались в отдельный слой по каждому из анализируемых элементов. Формировалось не менее 43 новых слоев в формате Geostatistical Analyst (42 - по каждому из химических элементов плюс один по суммарному содержанию). В качестве методов интерполяции были использованы метод Обратных Взвешенных Расстояний (Inverse Distance Weighting - IDW) и Радиальные Базисные Функции (Radial Basis Functions - RBF), не требующие нормального распределения в выборках.
Для визуализации результатов и построения карт-схем загрязнений использовался стандартный механизм ArcGIS. Полученные файлы карт-схем преобразовывались в формат PDF, что обеспечивает возможность доступа к результатам в электронном виде, а также быструю и достоверную их распечатку на бумажном носителе.
Предлагаемый способ позволяет выявить источники загрязнения, наглядно представить распределение указанных веществ в различных водных источниках на изучаемой территории для сравнения полученных данных со значениями предельно допустимых концентраций, обеспечивает разработку рекомендаций для качественного снижения опасных концентраций и последующую эффективную организацию мониторинга загрязненности территории.
Источники информации
1. Патент РФ №2008137418. Способ геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса экологической опасности среды.
2. Патент №2084891. Способ определения загрязнения почвы химическим элементом.
3. Патент №2264636. Способ определения загрязнения почвы химическим элементом.