«Горячие пятна» геоэкологического риска и проблемы территориального планирования

Проблемы территориального планирования тесно связаны с решением задачи размещения новых объектов высокой опасности без значительного увеличения экологической нагрузки.

Задача утилизации и глубокой переработки твердых бытовых и промышленных отходов очень остро стоит как в стране в целом, так и особенно в мегаполисах, где повышенная плотность населения, коммуникаций и промышленного производства создает высокую экологическую нагрузку на окружающую среду [1][2][4—8][10]. Задача размещения объектов повышенной экологической опасности, связанных с утилизацией и глубокой переработкой отходов, является важнейшей народнохозяйственной и научной проблемой, требующей незамедлительного решения. Несмотря на необходимость скорейшего решения проблемы, следует рассматривать и предвидеть последствия принятого решения на долгосрочную перспективу. Важно не только учитывать все возрастающую экологическую нагрузку на геологическую и природную среду, но и принимать во внимание психологические и социальные аспекты решения проблемы. С одной стороны, необходимо вывозить отходы за пределы больших городов, если невозможна их полная безотходная переработка без загрязняющих выбросов, а с другой — нельзя это делать в ущерб соседним населенным пунктам и окружающей природе. Проблема требует стратегического научного подхода и решения, учитывающего все многообразные осложняющие факторы и аспекты.

В качестве исходных положений можно принять следующие:

1. необходимость переработки и утилизации отходов на небольших расстояниях от источников отходов. Не перевозить отходы на отдаленные территории, чтобы не загрязнять дороги;
2. имеющиеся места складирования отходов необходимо рекультивировать, а многие ликвидировать. Отходы подвергнуть глубокой переработке и утилизации;
3. для имеющихся свалок ТБО и ТКО, мусороперерабатывающих заводов и экотехнопарков необходимо установить жесткую многофункциональную систему экомониторинга.

Так, для Москвы в качестве полигонов переработки и утилизации отходов следует рассматривать Московскую и близлежащие области.

Природные опасности Московской области

Для территории Московской области наиболее характерны такие виды опасных природных процессов, как наводнения, оползни, карст, ураганы, засухи (как результат лесные и торфяные пожары) [3] (рис. 1).

На территории области отмечались и землетрясения. Слабые сейсмические волны доходили из Средиземноморской геосинклинальной области, а также из Средней Азии.

Московская область расположена в центре древней платформы, что обуславливает слабое проявление тектонических процессов. Вместе с тем определенную угрозу высотным зданиям и сооружениям на территории Московской области представляют низкочастотные колебания, вызываемые прохождением сейсмических волн от крупных землетрясений.

Тектонические условия области неоднородны. Территория Подмосковья занимает центр и юго-западный склон Московской синеклизы — крупнейшей платформенной структуры, формирование которой началось в конце рифея и окончательно завершилось в девонское время. Она представляет собой обширный чашеобразный прогиб докембрийского фундамента платформы, размерами примерно 1000×450 км, ориентированный удлиненной осью на восток — северо-восток [3][9].

Кристаллический фундамент Русской платформы в пределах Московской области имеет древние разломы — авлакогены, которые в геологическом прошлом являлись очагами вулканизма. Авлакогены являются районами проявления повышенной геомагнитной активности. Наиболее глубокий из них Пачелмский, занимает территорию Зарайского, Каширского, Озерского, Чеховского районов.

Также на территории области расположены еще два авлакогена — Подмосковный и Гжатский. Они пересекают центральную часть области, в том числе и южную часть Москвы [3] (рис. 2).

В западной части Московской области, уходя частично на территорию соседней Смоленской, располагается обширная Гжатская впадина, в пределах которой скважинами зафиксирована глубина фундамента порядка 2600 м (в районе к югу от Волоколамска). К юго-востоку и востоку от нее находятся две линейно вытянутые узкие впадины: расположенная чуть восточнее Москвы почти широтная Подмосковная впадина (с глубиной залегания фундамента более 4200 м в районе Ногинска) и такая же глубокая Пачелмская впадина, протянувшаяся от истоков реки Рожайки вдоль долины реки Северкина юго-восток, к Зарайску и Рязани.

Территория области изобилует тектоническими разломами разного ранга. Как правило, разломы маркирует речная система. Разломы кристаллического фундамента потенциально являются опасными, так как в их пределах возможна активизация тектонических процессов, которая будет сопровождаться землетрясениями.

Изучение современных движений земной коры показывает, что территория области продолжает жить довольно активной (учитывая ее платформенное положение) неотектонической жизнью [3][9]. Внеоген-четвертичное время она испытала серию поднятий и опусканий, причем преобладали подъемы, выразившиеся в суммарной за этот период амплитуде в 50 метров. Новейшие измерения показывают, что в настоящее время северо-западные районы области (в частности, Смоленско-Московская возвышенность) испытывают подъем с амплитудой 1—8 мм в год, а восточное Подмосковье (Мещерская низменность), наоборот, опускается на 5—6 мм в год [3]. Пониженные области связаны с подтоплением и наводнениями (рис. 3).

Наибольшую потенциальную опасность несут авлокагены, которые пересекают область широтно и на юге меридионально. Эти крупные районы разломов приурочены к территориям с высокой плотностью населения, в том числе к южной части города Москвы. В отмеченных районах возможны смещения пластов горных пород, поэтому это нужно учитывать при организации систем расселения и строительстве.

Рассматривая по районам потенциальную тектоническую опасность, можно считать, что наибольшая опасность относится к районам: Зарайскому, Озерскому, Ступинскому, Чеховскому, Можайскому, Рузскому, Одинцовскому, Люберецкому, Ногинскому и Павлово-Посадскому.

В группу районов, в наибольшей степени подверженных природным и антропогенным провалам, оползням (более 25 % территории) входят Каширский, Зарайский и Серебряно-Прудский.

Наиболее подвержены подтоплению Озерский, Луховицкий, Серпуховской, Коломенский, Каширский. В меньшей степени Воскресенский, Раменский, Можайский.

Ураганы на территории Москвы и области наиболее опасны в г. Москве, в районах с высокой плотностью населения. Основной ущерб при ураганах — это разрушение коммуникаций и инфраструктуры. Большую опасность имеют ураганы в малооблесенных районах, так как леса задерживают и ослабляют ураганный ветер. В Московской области при небольшой лесистости ураганы проявляются по всей области, однако максимальный ущерб они приносят в плотнонаселенных районах и в московской агломерации [8][9].

Максимальное количество возможных опасных природных процессов и явлений характерно для Люберецкого и Раменского районов (5 видов). Это наиболее неблагоприятные районы Московской области по степени потенциальной опасности от природных процессов и явлений [3][4].

Бóльшая часть районов Московской области относится к районам с умеренной степенью потенциальной опасности от природных процессов и явлений, где проявляются 2—3 их вида.

Низкая степень потенциальной опасности от природных процессов и явлений в Московской области отмечена в следующих районах: Шаховской, Волоколамский, Пушкинский, Истринский, Красногорский.

Управление геоэкологическим риском. Материалы и методы

Системный подход к решению задачи требует проблемно- ориентированного анализа и оценки экологической нагрузки на окружающую среду и, в частности, анализа и оценки риска опасных природных и техногенных процессов на рассматриваемых территориях с целью управления экологическим риском и недопущения превышения критических параметров воздействия на геологическую и социальную среду. Следует в первую очередь выявить и исключить территории повышенной опасности и риска. Таким образом, задача оценки и управления геоэкологическим риском становится еще более актуальной в рамках решения глобальной проблемы управления отходами и создания индустрии переработки и утилизации ТБО (твердых бытовых отходов) и ТКО (твердых коммунальных отходов).

Следует особо рассмотреть области повышенного напряженно-деформированного состояния литосферы, геодинамической и сейсмической активности, высокого теплового потока, повышенных скоростей поверхностных движений, геопатогенных зон и разломов, интенсивной фильтрации грунтовых и подземных вод, а также территории развития опасных природных процессов, таких как оползни, карст, суффозия, переработка берегов, подтопление и др.

Концепция управления экологическим риском включает следующие понятия [11—26]: 1) идентификация опасности; 2) оценка уязвимости; 3) анализ рисков; 4) понятие приемлемого риска; 5) оценка рисков; 6) картографирование рисков; 7) меры по снижению риска: а) законодательные; б) организационные и административные; в) экономические, включая страхование; г) инженерно-технические; д) моделирование; е) мониторинг; ж) информация.

Под информацией понимается оповещение населения и принимающих решения органов о возможном катастрофическом событии или опасном природном явлении, а также просвещение, обучение действиям, тренинги.

Часто в узком смысле управление риском рассматривается как система мер, ведущих к снижению риска.

Риск оценивается как суперпозиция вероят­ности опасного природного или техногенного процесса и возможного ущерба в случае наступления события. Для оценки вероятности необходим статистический анализ стихийных бедствий и катастроф. Результатом анализа может быть выделение «горячих пятен» по степени риска для региона. Как правило, такими «горячими пятна­ми» являются особо опасные или ценные объекты в наиболее сложных экологических условиях. Такой подход построения «горячих пятен» («hotspots») весьма распространен для больших территорий и мелкомасштабных карт. Так, подобный подход осуществлен для оценки оползневого риска Европы, где учитывались карты оползневой опасности, а также карты плотности населения и дорог. Причем строились карты оползневого риска отдельно для сейсмоопасных горных территорий и равнинных территорий, подверженных повышенным осадкам и наводнениям. [18][20][22][26].

На рис. 4 представлена схема управления риском [15][18][20][22][26], описывающая отношения между основными элементами концепции риска для системных подходов к исследованиям природных опасностей и катастроф, что может рассматриваться как управление риском.

Одним из наиболее распространенных определений геологического риска является: риск есть математическое ожидание ущерба. Или: риск равен произведению вероятности возможного опасного события на произведенный ущерб [11][12][15][19][21—26]. Второе определение взято за основу в данной работе:

R = P×D,

где R — риск, P — вероятность, D — ущерб.

Для автоматизированного анализа фактического материала и построения карт риска необходимо найти суперпозицию интегральной карты природной опасности и интегральной карты возможного ущерба, т.е. для каждого i-го фрагмента карты риска R_i найти произведение вероятности опасного события P_i на сумму различных j-тых возможных ущербов от опасного процесса:

R_i = P_i × D_i, D_i = ∑_jD_ij

R_i = P_i ∑_jD_ij. (1)

Оценку природной опасности при этом необходимо проградуировать от 0 до 1, чтобы отразить вероятность опасного события.

Для формализации интегральной оценки природной опасности введем коэффициент k_im опасности от опасного процесса m в i-том квадрате, интегральный коэффициент опасности в i-том квадрате k_i и пронормируем на максимальное число баллов n для аналогии с вероятностью:

k_i = ∑_m k_im; P_i = k_i /n. (2)

Пусть m = 5, т.е. рассмотрим 5 видов природной опасности 1) оползни, 2) карст и суффозия, 3) гидрогеологические опасности (подтопление, наводнения), 4) тектонические опасности (разломы, высокие скорости движения земной поверхности), 5) метеорологические опасности (засуха и как следствие пожары, ураганы, смерчи и др.). Каждую опасность оценим по трехбалльной системе (0, 1, 2) — низкая, средняя, высокая. Тогда k_i изменяется от 0 до 10, n = 10, P_i изменяется от 0 до 1.

Для комплексной оценки ущерба на каждом участке предлагается проградуировать возможный ущерб от каждого параметра по трехбалльной системе (0, 1, 2), где 0 означает низкий ущерб или отсутствие ущерба, 1 — умеренный, 2 — высокий ущерб. Параметрами здесь могут рассматриваться: 1) плотность населения, 2) плотность дорог и коммуникаций, 3) плотность застройки, 4) стоимость земли, 5) стоимость жилья. Чем выше значение параметра (стоимость земли, жилья и т.д.), тем выше ущерб в случае опасного события. Тогда возможный ущерб по 5 параметрам в каждом элементе изменяется от 0 до 10.

Риск в каждом элементе также варьируется от 0 до 10. Это риск в относительных единицах (больше-меньше) по 10-балльной шкале. Разбив карту области на квадраты и вычислив риск для каждого квадрата, можно получить карту риска области по 10-балльной шкале. Таким образом строится карта риска как суперпозиция карт опасностей и потенциальных ущербов.

Часто нет необходимости строить подробную карту риска, а достаточно выделить «горячие пятна» риска [18][20][22][26].

Для оценки потенциального ущерба можно использовать карты плотности населения (рис. 5) и карты дорог и коммуникаций (рис. 6).

При использовании формул 1 и 2 следует руководствоваться следующими подходами:

1. оползни и карст представляют наибольшую опасность на территории Московской области (рис. 1);
2. эндогенные опасные процессы (землетрясения) на территории области проявляются незначительно;
3. глубинные и поверхностные разломы земной коры отражают напряженное состояние литосферы. Скорости движения поверхности невелики, но их следует учитывать при долговременном территориальном планировании, особенно при строительстве скоростных железных дорог, мостов, трубопроводов, туннелей, линейных и подземных сооружений;
4. русла рек являются показателями геодинамической опасности в литосфере как маркеры глубинных разломов земной коры и, в свою очередь, являются источниками экзогенных опасных природных процессов вследствие рельефа берегов, обводненности территорий и гидрогеодинамики прибрежных областей. К руслам рек приурочены многие опасные природные процессы: оползни, переработка берегов, овражная эрозия, карст, суффозия, подтопление, наводнения, паводки, половодья и др. Вместе с тем к руслам рек и их высоким берегам приурочены ценные объекты культурного наследия: церкви, исторические строения, дорогостоящие спортивные сооружения. Многие города были заложены и развивались около русел рек. Таким образом, вдоль русел рек на урбанизированных территориях сконцентрированы опасные природные процессы и объекты высокого потенциального ущерба, что определяет области высокого геоэкологического риска;
5. плотность населения и плотность дорог и коммуникаций являются определяющими параметрами ущерба. Плотность населения определяет плотность застройки. Чем ближе к Москве, тем выше стоимость земли и жилья. Потенциальный ущерб в Московской области имеет радиально-кольцевой характер. Максимальный ущерб связан с населенными пунктами вблизи Москвы и дорожной сетью (рис. 6). Области максимального ущерба московской агломерации имеют форму звезды с 10 лучами вдоль железных и автомобильных дорог;
6. ночные фото из космоса хорошо характеризуют потенциальный ущерб, т.к. отражают плотность застройки, дорог и коммуникаций (рис. 7). Из космоса ночью хорошо видна «звезда потенциального ущерба» Московской агломерации;
7. в качестве экспресс-анализа и оценки геоэкологического риска для неисследованных территорий можно использовать суперпозицию ночных космических снимков и русел крупных рек.

Также идентифицировать районы с наибольшим потенциальным ущербом в случае опасного природного события можно по ночной авиационной и космической съемке урбанизированной территории, которая хорошо отражает плотность автомобильных и железных дорог, инфраструктуры и жилой застройки городских агломераций. (рис. 7).

Анализ и оценка природных опасностей и потенциального ущерба для Московской области на основе формул 1 и 2 с учетом подхода, изложенного в пунктах 1—7, дает оценку риска около 8 баллов по10-балльной системе для «горячего пятна» в районе Люберцы (рис. 7). k_i = 8; P_i = k_i/n = 0,8; D_i = 10; R_i = 8. Основные характеристики района Люберцы по отношению к другим районам Московской области: 1) высокая плотность населения, 2) высокая плотность дорог и коммуникаций, 3) высокая плотность застройки, 4) высокая стоимость земли и жилья вследствие близости к Москве, 5) высокая оползневая и карстовая опасность (рис. 1), 5) близость реки Москвы, т.е. высокая опасность подтоплений и наводнений, 6) наличие глубинного разлома как показателя геодинамической опасности.

Геоэкологический риск на территории Московской области. Результаты и обсуждение

На основе проведенного анализа делаются выводы об исключении областей высокого экологического риска из потенциальных территорий размещения дополнительных опасных объектов повышенной экологической нагрузки, в частности для утилизации и переработки отходов. Для Московской области это в первую очередь Люберецкий и Раменский районы (восток — юго-восток от Москвы), а также населенные пункты, включая санитарные зоны, особо охраняемые территории, объекты культурного наследия, рекреационные зоны, дороги и коммуникации. Люберецкий район можно рассматривать как«горячее пятно» первого класса по геоэкологическому риску [18][20][22][26]. (рис. 8).

Важно отметить, что разработки, выполненные для определения «горячих пятен» риска региона на основе геодинамических, тектонических и социально-экономических параметров, подтверждаются областями геохимических загрязнений и зонами экологической напряженности среды, что вполне естественно, т.к. во многом загрязнение связано с жизнедеятельностью человека (рис. 9, 10). Особое значение здесь имеет вынос загрязнения из г. Москвы вниз по течению реки.

Так как загрязнение природной среды оказывает максимальное воздействие на человека, а не на инфраструктуру и коммуникации, то для построения карты геохимического риска можно использовать суперпозицию карт загрязнения (рис. 9) и плотности населения (рис. 5). Поскольку плотность населения Московской области максимальна к востоку и юго-востоку от Москвы, а загрязнение среды имеет туже направленность, то карта риска будет очень близка к карте опасности (рис. 9).

Заключение

Разработанный метод выделения «горячих пятен» риска является основой для решения проблем территориального планирования с целью исключения наиболее экологически напряженных участков и выбора потенциальных мест размещения опасных объектов, в частности, объектов утилизации и переработки отходов. Разработанный метод анализа и управления геоэкологическим риском является основой для системы управления отходами и решения проблем территориального планирования с целью выбора потенциальных территорий для размещения объектов утилизации и переработки отходов, а также создания индустрии управления отходами. В то же время следует учитывать исторически сложившиеся области полигонов ТБО и ТКО, не создавать новые, а экотехнопарки и заводы по переработке и утилизации отходов располагать по возможности вблизи имеющихся областей депонирования отходов, чтобы сократить расходы на перевозку и уменьшить дополнительное загрязнение дорог и окружающей среды. Результаты исследований согласуются с расположением планируемых мусоросжигательных заводов и полигонов депонирования ТБО и ТКО (рис. 11).