Определение зоны влияния источника загрязнения почво-грунтов, построение карты ассоциативной геохимической зональности аномальных ореолов

Всегда в процессе проведения работ по мониторингу или при оценке воздействия в зоне влияния какого-либо источника загрязнения почв возникает необходимость определить границы ореола загрязнения. Казалось бы, простая задача, когда владеешь методикой оценки степени опасности загрязнения почв и методами построения геохимических карт, выделил ореолы загрязнения и по внешнему контуру отбил зону влияния, определил масштабы загрязнения и сделал необходимые выводы. Однако на практике возникают гораздо более сложные ситуации, когда таким способом нельзя определить даже, связан ли аномальный ореол с источником загрязнения. Например, в случае если большая часть аномальных ореолов значительно смещена относительно источника, или территория подвержена загрязнению со стороны двух и более источников и ореолы накладываются один на другой. В этих случаях определение зоны влияния конкретного источника весьма затруднено, а если не установлен источник, то нельзя определить степень и масштабы загрязнения почв с его стороны. Вся оценка параметров загрязнения при этом сводится к изучению существующего состояния почв в пределах зон влияния источников загрязнения без конкретной привязки аномальных ореолов к конкретному источнику, или эта привязка осуществляется по косвенным признакам (пространственной приуроченности, механизма возможного загрязнения, ландшафтно-геохимических условий) и все зависит от квалификации исследователя, его прозорливости. Недостоверные сведения о связи установленного ореола загрязнения с конкретным источников, может привести к разработке неэффективных, ненужных мероприятий по ликвидации или минимизации негативного воздействия. Это неэффективно растраченные средства.

Все вышесказанное определяет актуальность применения методик, способных на достоверной основе объективно определять и разграничивать зоны влияния источников загрязнения почво-грунтов. Утвержденных общепринятых методических рекомендаций по определению и разграничению зон влияния источников загрязнения не существует. Разработанная автором методика опробована при выполнении различных работ по оценке воздействия и мониторингу в зонах влияния разнообразных источников загрязнения (ТЭС, различные накопители отходов, ДМЗ). Практически во всех случаях удавалось определить и разграничить зоны влияния источников загрязнения, идентифицировать пространственно разобщенные и удаленные от источника аномальные ореолы.

Базовым положением применяемой методики служить тезис о том, что любые аномальные ореолы, сформированные под действием природных или антропогенных факторов, имеют закономерное внутреннее строение, которое обязано вполне определенной направленности процессов, формирующих аномалии и проявляющихся в конкретных ландшафтно-геохимических условиях. Факторов, влияющих на формирование антропогенных аномалий в почвах, достаточно много. Это в первую очередь антропогенные факторы, связанные с источниками загрязнения:

1) если загрязнение осуществляется воздушным путем, то это: мощность пылегазовых выбросов с его стороны; периодичность выбросов; длительность действия источника; набор компонентов выбросов и формы нахождения вредных веществ в выбросах;

2) если загрязнение осуществляется поверхностным стоком, то это: характер стока (атмосферные осадки, сброс дренажных и других вод на рельеф местности); периодичность и длительность действия источника; концентрация, формы миграции и набор вредных веществ.

Среди главных природных факторов можно выделить:

1) климатические: направление и сила ветра; количество, характер и периодичность атмосферных осадков; температура воздуха; глубина промерзания почв и др.;

2) Ландшафтно-геохимические: рельеф и геоморфология, геолого-структурные условия; характер почвенного покрова; глубина залегания грунтовых вод; характер растительного покрова и видовое разнообразие населения фауны.

Взаимодействие этих факторов определяет условия миграции и локализации вредных веществ в почвах, то есть условия формирования аномальных ореолов. Проявления этого взаимодействия наблюдаются в виде определенных закономерностей, устанавливаемых при изучении аномалий:

- вполне определенная дифференциация элементов и веществ вокруг источника загрязнения;

- типичный набор главных, второстепенных, инертных и деконцентрирующихся элементов;

- определенные пространственные и временные (при периодическом наблюдении) соотношения с источником загрязнения и в соответствии с ландшафтно-геохимическими условиями;

- типичная концентрационная зональность, устанавливаемая как для моноэлементных, так и для полиэлементных ореолов;

- определенная ассоциативная зональность, обусловленная закономерной дифференциацией элементов по отношению к источнику.

Проявленность всех этих признаков необходимо учитывать при определении границ зон влияния источников загрязнения. Однако наиболее информативным признаком в этом отношении является характер ассоциативной зональности ореолов загрязнения. Под действием процессов дифференциации аномальные ореолы по отношению к источнику загрязнения имеют закономерное внутреннее строение, оно проявлено в том, что в центральных частях ореола концентрируется вполне определенная группа элементов, а на периферии отмечается снижение содержания элементов данной группы и в ряде случаев рост концентраций не типичных для эпицентров аномалий элементов. Таким образом, набор индикаторных элементов, их концентрации от центра аномальных ореолов к периферии закономерно меняются. При чем эти закономерности характерны для однородных источников загрязнения и являются своеобразным паспортом, по которому их можно идентифицировать. Разнородные, по характеру производства или бытовой деятельности, источники различаются характером ассоциативной зональности. Поэтому для идентификации источника загрязнения и определения зоны его влияния необходимо изучить закономерности внутреннего строения аномальных ореолов и определить характер ассоциативной зональности.

Задание:

На основе корреляционного анализа, на карте определить границы и наличие ассоциативной зональности ореола влияния источника загрязнения.

Исходные данные:Результаты химико-аналитических исследований почво-грунтов. Схемы и карты отбора проб и аномальных ореолов в пределах исследуемых территорий.

Методические указания:

1. Рассчитать коэффициенты корреляции между геохимическими данными всех проб, выраженными через коэффициенты концентрации по отношению к фону на основе предшествующих исследований (лабораторная 5 и 6) по формуле , где r – коэффициент корреляции между геохимическими параметрами (коэффициентами концентрации элементов) проб; x_i, y_i- коэффициент концентрации i-го элемента в сопоставляемых между собой пробах (x и y); , - средние значения коэффициентов концентрации элементов по сравниваемым пробам (х и у); N- количество элементов, вовлеченных в расчет; , - стандартное отклонение коэффициентов концентрации элементов по сравниваемым пробам (х и у).

2. Выделить пробы между геохимическими спектрами которых установленная значимая положительная связь с уровнем достоверности α≥ 0,05.

3. Из имеющихся лабораторных данных сформировать однородную выборку проб, соответствующую двум признакам:

- в этих пробах должно быть установлено максимальное загрязнения, связанное с исследуемым источником;

- между геохимическими параметрами данных проб установлена значимая положительная связь.

4. Рассчитать средние значения коэффициентов концентрации элементов для однородной выборки. Полученные средние значения будут характеризовать среднестатистические геохимические параметры эпицентров аномальных зон и будут отражать их геохимический спектр.

5. Рассчитать коэффициенты корреляции между полученными среднестатистическими геохимическими параметрами эпицентров аномалии и геохимическими параметрами (коэффициентами концентрации элементов) всех остальных проб, включая пробы однородной выборки.

6. Полученные коэффициенты корреляции (r) ранжировать по силе и характеру связи с учетом критических значений r для уровней достоверности: α≥ 0,001; α≥ 0,01; α≥ 0,05; α≥0,10. При этом допускается объединение проб с r≥ 0,900; от 0,800 до 0,900; от 0,700 до 0,800.

7. Вынести полученные значения коэффициентов корреляции на карты и с учетом предварительной группировки проб по силе и характеру связи откартировать соответствующие зоны аномального ореола.

8. По характеру установленной зональности определить границы зоны влияния исследуемого источника загрязнения и выделить аномальные пробы, в которых отмечается нетипичный данному источнику загрязнения спектр (ассоциация) элементов.