Применение географической информационной системы и метода анализа иерархий для оценки мест строительства полигонов захоронения коммунальных отходов в Хабаровском крае

Объем образования ТКО в Комсомольском кластере

* Примечание: составлено авторами на основе утвержденных правительством Хабаровского края нормативов накопления ТКО, данных государственной статистической отчетности 2 ТП -- отходы юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, информации Росстата6

На территории Комсомольского кластера правительством Хабаровского края утверждено строительство ряда полигонов ТКО (региональная программа «Обращение с отходами, в том числе с ТКО»). Решение о выборе местоположения полигонов основывалось на анализе вида разрешенного использования земельного участка и на необходимости решения вопроса рекультивации старых свалок, как объектов накопленного экологического вреда.

Для выполнения цели исследования были использованы следующие методы: анализ нормативно-правовой базы и результатов инженерно-экологических изысканий (материалы общественных обсуждений объектов экологической экспертизы); экспертные оценки (специалистов Тихоокеанского государственного университета и комитета по охране окружающей среды Министерства природных ресурсов Хабаровского края); пространственный анализ на основе геоинформационных систем (ГИС); многофакторный анализ принятия решений (AHP-метод).

Изученные в настоящем исследовании три земельных участка, предназначенные для строительства полигонов ТКО, располагаются на 15, 30 и 60 км от основного источника образования отходов -- г. Комсомольск-на-Амуре (рис. 1). Первый участок (вариант К), общей площадью 46,89 га, расположен в районе городской свалки ТКО г. Комсомольск-на-Амуре, подлежащей рекультивации (кадастровый номер 27:22:0050110:55; координаты: широта 50.689368, долгота 136.919948). В настоящее время проектная мощность свалки (10 млн м³) исчерпана, на ней было захоронено свыше 12 млн м³ отходов. Муниципальной властью было принято решение о реконструкции свалки и строительстве на соседнем земельном участке, расположенном выше по уклону местности, полигона ТКО. С северо-западной стороны от существующей свалки и проектируемого полигона ТКО на расстоянии 2 км расположен пос. Хальгасо, с западной стороны в 1,5 км -- пос. Старт, с юго-восточной стороны расположено действующее городское кладбище. Общий уклон земельного участка с юга на северо-запад (около 4⁰), абсолютные отметки -- 151,0-224,0 м. Ближайшим водным объектом является р. Хольваси, исток которой находится на расстоянии 1 км к северу от полигона ТКО. Река Хольваси, протяженностью 53 км, является правым притоком р. Хурмули (бассейн р. Амур) и имеет ширину водоохранной зоны 200 м. Подземные воды на площадке строительства полигона представлены в виде локальных линз. Появление порово-пластовых подземных вод отмечено в гравийно-галечниковых отложениях на глубинах 1,4--5,5 м; установление уровня подземных вод зафиксировано на глубине 1,2--5,7 м. Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и разгрузки подземных вод со стороны горного обрамления. На расстоянии 200 м от земельного участка проходит автомобильная трасса г. Комсомольск-на-Амуре -- пос. Солнечный.

Второй участок (вариант А), общей площадью 73,395 га, находится поблизости от г. Амурск (кадастровый номер 27:01:0000063:1781; координаты: широта 50.273874, долгота 136.831752). Земельный участок расположен на водоразделе р. Сольджа и ее левого притока, безымянного ручья, на территории бывшей производственной площадки. Река Сольджа впадает в о. Падали (ширина водоохранной зоны 50 м), которое соединено с р. Амур. Расстояние до озера составляет 7 км. Уклон участка около 5⁰. Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием постоянно действующего водоносного горизонта порово-пластовых вод в аллювиальных гравийных грунтах с установлением уровня грунтовых вод на глубине 1,5-2,0 м. В 8-ми км на юг от земельного участка расположен водозабор г. Амурска в русле р. Амур. В 1,5 км на север расположена рекреационная зона (садоводческое некоммерческое товарищество). Напротив, на расстоянии 1 км на северо-восток, расположены отстойники закрытого Амурского целлюлозно-бумажного комбината. На расстоянии 300 м от земельного участка проходит автомобильная трасса г. Амурск -- г. Комсомольск-на-Амуре.

Третий участок (вариант С), общей площадью 9,75 га, расположен по адресу: Солнечный муниципальный район, межселенная территория, 14 км трассы Комсомольск-на-Амуре -- п. Горный (кадастровый номер 27:14:0010807:1099; координаты: широта 50.713400, долгота 136.746733). Площадка проектируемого полигона расположена на правобережной надпойменной террасе р. Силинка, на плоской вершине местного водораздела. На расстоянии около 9 км на запад находится пос. Солнечный. Терраса хорошо выражена в рельефе и характеризуется ровной, слегка наклоненной к руслу р. Силинка местностью (в северовосточном направлении, уклон участка около 1⁰). Основной водоток в границах проектируемого полигона -- р. Силинка (левобережный приток р. Амур, водоохранная зона -- 200 м). Река огибает террасу с северо-восточной, северной и северо-западной сторон на расстоянии 2-5 км от площадки проектируемого полигона. С южной стороны площадки протекает руч. Наледный на расстоянии 2,5 км, и берет начало ручей без названия, русло которого находится на расстоянии 550 м от площадки. Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием постоянно действующего водоносного горизонта порово- пластовых вод в аллювиальных гравийных грунтах с установлением уровня грунтовых вод на глубине 6,5--9,0 м. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и подтока со стороны горного обрамления. На расстоянии 450 м от земельного участка проходит автомобильная трасса г. Комсомольск-на-Амуре -- пос. Солнечный.

Рисунок 1. Карта-схема размещения земельных участков, выбранных для строительства полигонов ТКО в Комсомольском кластере относительно границ и объектов других инфраструктур (составлено/разработано авторами)

Реализация цели исследования достигалась посредством 5 основных этапов: выбор оценочных факторов, сбор данных и их интеграция в ГИС, присвоение экспертных баллов для оценочных факторов, применение AHP-метода для ранжирования, получение окончательной карты модели. Выполненный литературный анализ позволил все оценочные факторы разделить на следующие группы [8-13]:

ситуационные (или абсолютные) -- содержат запреты, которые регламентируются законодательством РФ;

геолого-гидрогеологические -- оценка пригодности геологических формаций для обеспечения экологической безопасности объектов окружающей среды и снижения риска для здоровья населения;

ландшафтно-геоморфологические -- служат для выбора территории с минимальным воздействием эрозионных процессов, благоприятными уклонами земной поверхности и экспозицией склонов относительно открытых водных объектов, населенных пунктов;

гидрологические -- исключение риска загрязнения поверхностных водоемов или территорий, подверженных периодическому затоплению;

социологические и психологические -- учет социального скепсиса в отношении необходимости расположения полигона ТКО.

Все оценочные факторы, использованные для достижения поставленной цели, приведены в таблице 2. После определения факторов все первичные данные (электронные таблицы, карты, спутниковые изображения и цифровые модели рельефа) были собраны, географически привязаны, классифицированы и импортированы в банк данных ГИС. Пространственный анализ проводился на основе карт, формирующих следующие ГИС-слои: текущее землепользование, границы населенных пунктов, действующие аэропорты, водные объекты, места произрастания и обитания редких видов животных и растений, леса высшей природоохранной категории, зоны многолетней мерзлоты, территории традиционного природопользования коренных малочисленных народов, действующие газо- и нефтепроводы, транспортная инфраструктура. Результатом этого этапа работ стал набор растровых картографических слоев, которые были использованы для создания векторных картографических слоев и дальнейших аналитических работ. Исследуемые участки были нанесены на карту территории, с заполнением различных слоев (критериев), по которым была выполнена оценка (рис. 1). Все данные имеют географическую привязку в соответствии с проекционной системой Кертау РСО. Данные из цифровой модели рельефа (DEM) Глобальной визуализации геологической службы США (USGS GloVis), необходимые для этого исследования, были получены из их онлайн-архива ASTER GDEM с пространственным разрешением 30 м⁷. При обработке и анализе спутниковых снимков использовалась программа QuantumGIS Ver. 3.10.

Поскольку в нашем исследовании решение о выборе земельных участков было принято муниципальными органами власти и основывалось на критерии разрешенного использования земельного участка, то в перечень оценочных критериев не были включены социальнопсихологические факторы. Строительство полигона было предложено на земельном участке, расположенным по соседству со старой свалкой ТКО (г. Комсомольск-на-Амуре), к которой население уже привыкло, или на территории бывшей производственной площадке (г. Амурск). Из процедуры оценки были также исключены следующие факторы: тип почвогрунта -- на всех трех участках по данным карт почвенного районирования были распространены буро-таежные и бурые лесные почвы; направление ветра (преобладающее направление ветра за июнь -- август -- северное; в зимний период -- южное); количество осадков (на всех участках за апрель -- октябрь выпадает 466 мм, за ноябрь -- март -- 84 мм осадков; в периоды интенсивного снеготаяния и проливных дождей возможно формирование верховодки в крупнообломочных и глинистых грунтах с высоким содержанием обломочного материала); все участки неподтопляемые и незатопляемые, с отсутствием болот и выхода грунтовых вод; все участки расположены на расстоянии более 200 м от сельскохозяйственных земель; участки соответствуют требованиям по расстоянию до территорий историко-культурного назначения и землям природно-заповедного фонда России, располагаются вне пересечения дорожнотранспортных сооружений; сейсмичность участков сходная (согласно общему сейсмическому районированию территории РФ расчетная сейсмическая интенсивность для района составляет 6 баллов для объектов массового строительства, 7 баллов для объектов повышенной ответственности). Основываясь на исследовании [16], по учету риска для здоровья населения, проживающего или работающего в зоне воздействия полигона ТКО, в число оценочных критериев были включены: «Численность постоянного населения в радиусе 1 500 м» и «Наличие предприятий в радиусе 1 500 м (мест работы непостоянного населения)». Необходимость в них была обусловлена тем, что в городах Амурск и Комсомольск-на-Амуре проектируемый полигон ТКО тесно граничит с землями населенного пункта, что обуславливает вероятность риска для здоровья населения.

Таблица 2

Описание значений критериев буферных зон для земельного участка, предназначенного для строительства полигона ТКО (набор первичных критериев для проведения пространственного анализа)

Составлено/разработано авторами

Ситуационные критерии (фактор ограничения) были наиболее многочисленной группой (табл. 2). Их качественная оценка выполнялась по Булевой логике: нарушение требований экобезопасности -- 1, соответствие требованиям -- 0. Отдельные факторы оценивались по весовым значениям -- для каждого показателя определялись допустимые значения (по фактическим значениям или исходя из допустимых диапазонов значений). При весовой оценке фактора исходили из соблюдения требований экобезопасности: приняв во внимание мнение экспертов, большее значение веса соответствовало фактору с большей экологической опасностью.

Для выполнения поставленной цели была построена простейшая иерархическая структура, где имелся всего один уровень оценочных критериев (11 критериев) и перечень рассматриваемых альтернатив (варианты К, А, С). Критерии были стандартизированы и взвешены, а затем веса относительной важности критериев были оценены с использованием AHP-метода, предложенного Т. Саати [17]. Процесс определения включал следующие последовательные шаги: вычисление суммы значений в каждом столбце матрицы попарного сравнения; нормализация матрицы делением каждого элемента на сумму его столбца, вычисление среднего значения элемента в каждой строке нормализованной матрицы. Матрицу парных сравнений оформили в виде таблицы, используя 9-балльную шкалу оценок. После выполнения оценки рассчитывали коэффициент согласованности (CR). После оценки значений и попарного взвешивания всех элементов рассчитывали интегральное значение весов для каждого критерия и исходя из этого определяли весовой индекс по вариантам К, А, С.

Результаты и обсуждение

Как видно из таблицы 3, эксперты дали сильное превосходство факторам -- С6 «Расстояние до водных объектов, м» и С8 «Глубина залегания первого водоносного слоя, м» (wi = 0,192); С4 «Расстояние до границ населенного пункта, м» и С5 «Расстояние до аэропортов, км» (wi = 0,183). Предпочтение этим ситуационным (или абсолютным) факторам было дано на основании их включения в «Единые требования к объектам обработки, утилизации, обезвреживания, размещения ТКО» ⁸ [20]. Действительно, эти факторы определяются федеральными экологическими требованиями, и при их несоблюдении заключение государственной экологической экспертизы по объекту намечаемого строительства будет отрицательным, что является запретом на финансирование и реализацию объекта (в соответствии со ст. 18 федерального закона «Об экологической экспертизе»). Объекты захоронения ТКО, расположенные на территориях с высоким уровнем грунтовых вод, должны быть спроектированы и сооружены таким образом, чтобы расстояние от нижнего уровня размещаемых отходов до уровня грунтовых вод составляло не менее 2 метров. В границах водоохранных зон запрещается размещение полигонов ТКО (ст. 65 Водного кодекса РФ). Буферная зона от полигона до аэропорта должна составлять не менее 15 км (границы шестой подзоны приаэродромной территории, ст. 47 Воздушного кодекса РФ). Полигон не должен располагаться на территориях, прилегающих к городским и сельским поселениям (ст. 51 федерального закона «Об охране окружающей среды»).

Таблица 3

Сводка по фактическим данным вариантов сравнения и их экспертной оценке