способ определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами

Формула изобретения

Способ определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами, включающий отбор проб, их анализ на содержание тяжелых металлов и последующее построение карт экологического состояния окружающей среды, отличающийся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен способ геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса экологической опасности среды, включающий проведение геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса I_o 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_o 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.