Понятно, что накопленные объемы отходов представляют серьезную опасность для окружающей среды. Загрязняются практически все компоненты геосистем — поверхностные и подземные воды, почвы, биота, воздушный бассейн. Особую опасность представляет собой фильтрат. Фильтрат — это весьма токсичная жидкость, насыщенная микроорганизмами, содержащая кислоты, соли тяжелых металлов, продукты гниения, которая образуется при просачивании сквозь слои мусора дождевых, талых вод, при орошении (применяемого, в частности, для предотвращения пожаров). Попадание фильтрата в поверхностные и подземные воды чревато серьезными последствиями.
Настоящим бедствием для полигонов ТБО являются пожары. Иногда очень сложно ликвидировать тление мусора, которое может продолжаться неделю и больше.
На полигонах отходы утилизируются согласно технологическим нормам, принимаются меры по утилизации фильтрата, борьбе с возгоранием мусора и т. п. Устройство и функционирование этих объектов должно производиться в соответствии с Санитарными нормами и правилами (в частности Санитарными правилами устройства и содержания полигонов для твердых бытовых отходов № 281183) и ДБН (В.2.422005. «Полигоны твердых бытовых отходов»). Украине стоит перенимать передовой европейский опыт по организации санитарных полигонов. Европейские стандарты сооружения хранилищ ТБО предусматривают двухступенчатую гидроизоляцию, устройство сборных емкостей для фильтрата, утилизацию биогаза, образующегося в толще мусора, постоянный мониторинг вод и атмосферы в радиусе до 20 км от полигона. Не говоря уже о том, что на полигон в 80% случаев поступает отсортированный мусор, из которого извлечены компоненты, пригодные для вторичной переработки, и токсичные элементы.
Гораздо большую опасность для окружающей среды и населения представляют мусоросвалки, то есть места для вывоза бытовых отходов, где не применяются особые меры по утилизации отходов. Мусоросвалки имеются практически около каждого города или поселка в нашей стране, небольшие собственные свалки — почти у каждого села.
Особенно характерное, к сожалению, явление для Украины и многих постсоветских стран — стихийные, несанкционированные свалки около городов, сел, дачных поселков, крупных строек, устраиваемые в лесных массивах и лесополосах, в оврагах, карьерах, около заброшенных сооружений. Иногда размеры этих стихийных свалок значительны и превышают площади землеотводов под санкционированные мусоросвалки. На окраинах отдельных городов, вблизи дачных поселков, баз отдыха насчитывается с десяток стихийных свалок. Некоторые из них иногда горят, некоторые размываются временными водными потоками, во многих местах лес или лесополосы существенно замусорены. Ну и, наконец, иногда появляются данные о крупных несанкционированных свалках, которые являются «бесплатной альтернативой» санитарным полигонам, на которые бытовые и строительные, а то и промышленные отходы вывозятся автотранспортом в больших объемах.
Идея работ по мониторингу свалок дистанционными средствами и ее реализация
Получены важные практические результаты, показывающие эффективность применения данных ДЗЗ, в частности космических снимков высокого (2–10 м) и сверхвысокого (0,5–2 м) разрешения, для мониторинга как полигонов ТБО, так и мусоросвалок, для выявления стихийных свалок, а также для изучения состояния территории вокруг этих объектов.
Первые опытно-методические исследования в Украине в этом направлении выполнены в 2007 г. в ГНПЦ «Природа» В. С. Готыняном, М. В. Аристовым, О. В. Томченко и Л. И. Миколенко. Работы выполнялись с использованием материалов съемок 1986–1989 гг. (полученных с аппаратов «Ресурс», камера КФА1000) из архивов центра «Природа», а также снимков QuickBird, на территории Киевской области. Многие признаки, по которым распознаются свалки на космических снимках КФА1000 и QuickBird, были определены О. В. Томченко и Л. И. Миколенко, а идея анализа геодинамики в районе расположения полигонов бытовых и промышленных отходов принадлежит В. С. Готыняну.
Автор продолжил работы по изучению и картографированию свалок, в том числе стихийных, в 2008–2009 гг. в компании «Институт прикладной географии» (I-AG.Ukraine). Исследования выполнялись уже с применением количественных методов интерпретации данных ДЗЗ. Кроме того, были выполнены обзорные работы по территории не только Киевской области, а и пяти других областей Украины и АР Крым. В нынешнем году Институт планирует выполнить исследования по мониторингу участков захоронения бытовых отходов и выявлению незаконно устроенных мусоросвалок на территории соседних стран, в частности России, Венгрии, Румынии и Болгарии. Начиная с 2008 года основным материалом для исследований являются космические снимки QuickBird и IKONOS, а также IRS-1C/1D. Далее в статье приводятся результаты этих работ.
Некоторые особенности дешифрирования: бытовые отходы лучше выявляются качественными, а строительные — количественными методами
Японские специалисты (C. Оши, Я. Яцуока, М. Тамура), работающие над выявлением нелегальных свалок промышленных отходов, для обнаружения отходов по яркостным признакам используют нормированные спектральные индексы — NDVI и VSW. При этом они не используют снимки высокого пространственного разрешения — лишь данные с ASTER и Landsat-7, обследуя подозрительные участки с самолетов.
Мы вычисляли нормированные спектральные индексы, используя данные мультиспектральной съемки, полученные со спутников серии IRS. Были выделены в основном крупнейшие полигоны складирования отходов, большая часть которых известна и хоть в какой-то степени контролируется органами экологического надзора.
Автор предлагает другой подход. Отходы, особенно строительные, имеют очень характерные спектральные свойства. Альбедо смеси бетонных обломков, ломаного кирпича, жести, стекла и цементной пыли мы, основываясь на эмпирических данных, оцениваем примерно на уровне 25–35%. В видимом диапазоне строительные отходы всегда имеют более высокую яркость, чем окружающие земные покровы — растительность на полях, на необрабатываемых землях, открытая почва, вода, искусственные покрытия (асфальт, гравий и т. п.). Бытовые отходы имеют не столь выраженные спектральные признаки, однако, как правило, также отличаются по яркостным параметрам от других материалов.
Далее с помощью модулей для контролируемой классификации и итеративной методики неконтролируемой классификации (ISODATA) в ERDAS Imagine мы, выделяя сигнатуры «отходы строительные», «отходы бытовые», «загрязненная территория», осуществляли обработку изображений, используя несколько узких спектральных каналов.
Исходный снимок IRS-1D
Результат классификации по алгоритму ISODATA. Выделены участки, распознанные как свалки. Обратите внимание на «свалку у шоссе»
Естественно, полученные данные верифицировались. На изображениях, полученных с помощью и контролируемой, и неконтролируемой классификации, выделялись ложные объекты, интерпретируемые как свалки: очень часто — карьеры, выемки, а также участки с деградировавшим почвенным покровом, склады сыпучих материалов и т.п. Однако данный подход позволил выявить некоторые неучтенные места складирования отходов.
Так, с помощью такого алгоритма была выявлена очень крупная свалка на окраине Киева, расположенная у трассы Киев — Одесса. Позже мы получили на эту территорию снимок QuickBird, который подтвердил наши выводы. Достаточно надежные результаты были получены с применением количественных методов дешифрирования на территории Луганской области, АР Крым и на территории России.
Экологический мониторинг в районах захоронения отходов
Как видно на иллюстрациях к статье, полигоны захоронения отходов хорошо видны на снимках QuickBird и IKONOS. На оборудованных полигонах различимы участки, поочередно заполняемые мусором, емкости для сбора фильтрата, установки по переработке мусора и выпариванию фильтрата, подъездные пути.
Небольшие свалки также хорошо дешифрируются на снимках. Часто выделяются и стихийные, несанкционированные свалки (о них пойдет речь далее).
Необходимо оценить влияние, которое захороненные отходы оказывают на окружающую среду. Прежде всего, фиксируется загрязнение почвенного и растительного покрова. На снимках различимы участки складирования отходов за пределами полигонов, в близлежащих выемках и карьерах, и даже в лесополосах около обустроенных полигонов. Как уж отмечалось, в большинстве случае мусор дешифрируется и в лесных массивах.
Анализируя место свалки в системе водораздел — склон — овраг (или речная долина), можно прогнозировать, куда будут поступать поверхностные воды, которые, инфильтруясь сквозь мусор, напитываются токсичными соединениями и микробами. Расположение свалок на склонах эрозионных форм, в долинах недопустимо, тем не менее до 15% свалок, особенно необорудованных, расположены именно таким образом.
Сложнее выявить загрязнение подземных вод фильтратом. Для этого результаты дешифрирования снимков должны сопоставляться с картами уровня грунтовых вод, другими гидрогеологическими данными. Проведение таких исследований, в том числе с помощью ГИС, позволяет получить очень ценные данные.
На территории Киева, в районе Пирогово, расположен закрытый полигон ТБО, нефункционирующий уже на протяжении 20 лет. Несколько лет назад в частном секторе Пирогово резко возросла заболеваемость жителей различных возрастных категорий, пользовавшихся водой из колодцев и скважин. И хотя существенных отклонений по показателям качества воды не было выявлено, можно было предположить, что продукты распада органики попали в грунтовые воды. Поток грунтовых вод в данном районе направлен в сторону Днепра. Сопоставив расположение закрытого полигона ТБО и расположение местных источников водоснабжения, а их в районе на так много, можно спрогнозировать, что именно в этих колодцах и скважинах проявились «следы» фильтрата.
Анализ воздействия природных процессов на свалки
Санитарные полигоны, другие участки утилизации отходов в той или иной степени подвержены влиянию природных и техногенных воздействий. Упомянутые в первом разделе статьи ДБН и СНИП регламентируют требования к размещению полигонов ТБО, к инженерной подготовке и защите территории. Принятые меры должны исключить попадание фильтрата в подземные воды, препятствовать распространению загрязнения, возгоранию мусора, соответствующим образом должна осуществляться трамбовка, засыпка отходов, сбор и утилизация фильтрата и т. д.
Проблема в том, что многие свалки, особенно в сельской местности, расположены на участках, где отсутствует и инженерная подготовка, и инженерная защита. Поэтому в случае необоснованного выбора участка свалка может размываться талыми и дождевыми водами (несколько примеров в Киевской, Луганской областях) или сползти в реку вместе с массивом грунта (окрестности города Ботошань в Румынии).
Изучение динамики свалок и мониторинг закрытых полигонов твердых бытовых и строительных отходов
Разновременные космические снимки (time series) можно использовать в качестве основы при изучении динамики свалок. На снимках высокого разрешения хорошо видны отработанные, закрытые и действующие очереди свалок. Можно вычислить площадь отдельных участков полигонов ТБО, эксплуатировавшихся в различное время.
Особое значение имеет мониторинг закрытых полигонов, на которые продолжают свозиться отходы. На рисунке показан полигон ТБО в районе Сортировка, расположенной в Харькове. Сравнение двух снимков, полученных с интервалом в 19 лет (1990 и 2008 гг.), показывает, что площадь накопленных отходов возросла, в то время как по официальным данным полигон не функционирует. Аналогичные примеры можно найти и в других городах и районах Украины.
Официально закрытый полигон ТБО в районе Сортировка на архивном (слева) и актуальном (справа) снимках. Красным цветом показаны участки складирования мусора
Выявление самовозгорания мусора
Самовозгорание мусора — не редкость на свалках, особенно если отходы регулярно не перекрываются слоями грунта. Возгорания случаются преимущественно летом. Горючих же материалов в структуре бытовых отходов немало — бумага, ткани, пенопласт, полиэтилен и т. д.
Но и законсервированные, пересыпанные грунтом слои, содержащие органику, также таят в себе опасность. Особенно это касается мощных толщ мусора, накопленных за многие годы. Внутри них происходит разложение органических веществ с выделением метана и тепла. В результате внутри этой толщи может начинаться процесс горения, и не исключено, что он постепенно охватит почти весь полигон ТБО.
В Германии проводились опытные съемки полигонов ТБО с помощью тепловизоров, установленных на самолетах. Они показали, что распределение температур в толщах мусора весьма контрастно и подтвердили наличие температурных аномалий, связанных с интенсивными процессами преобразования органических отходов и газовыделением.
На космических же снимках фиксируются уже крупные пожары на мусоросвалках. На иллюстрации показан фрагмент снимка QuickBird, где виден шлейф дыма от горения мусора в западной части полгона ТБО г. Белая Церковь.
Самовозгорание мусора на полигоне ТВО города Белая Церковь. На космоснимке QuickBird заметен шлейф дыма
Начиная с 2000 года было отмечено несколько крупных пожаров на свалках бытовых отходов, в частности в районе Луганска, Ужгорода, Севастополя.
Естественно, стоимость космических снимков QuickBird или IKONOS не позволяет периодически снимать участки горения. Поэтому необходимо было выяснить, видны ли шлейфы дыма или другие признаки пожара на космических снимках с меньшим пространственным разрешением. Удалось подобрать архивные снимки IRS на Луганский полигон ТБО, полученные в период пожара. Дымовые шлейфы отчетливо видны на снимках в момент горения мусора. Хотя точно площадь горения определить невозможно, по направлению шлейфов можно судить о направлении ветра и указать районы города и близлежащие населенные пункты, которые ощутили воздействие токсичных продуктов горения.
На снимках, полученных со спутников ДЗЗ с низким пространственным разрешением — TERRA (многозональный сканер MODIS), не удалось выявить ни косвенных признаков горения, ни однозначно интерпретируемых тепловых аномалий в ИК диапазоне. Очевидно, что пожары на свалках имеют сравнительно небольшую площадь, не более 2–3 га, поэтому для их выявления необходимо использовать космические снимки с разрешением в тепловом диапазоне — не менее 50–60 м, в видимом — 5 м.
Выявление стихийных, несанкционированных мусоросвалок
Как уже отмечалось, вблизи городов и сел, дачных и курортных поселков, промышленных и сельскохозяйственных предприятий расположены десятки стихийных свалок, на которых утилизируются бытовые, строительные отходы, а иногда и отходы производства. Низкая культура обращения с отходами, перегруженность оборудованных свалок, часто — безнаказанность организаторов такой вот утилизации мусора являются причинами возникновения нелегальных, несанкционированных свалок. Их размеры, как показывают иллюстрации, могут быть очень значительными.
Выявление и ликвидация стихийных свалок, рекультивация земель и очистка лесных массивов и русел малых рек на их месте, выявление виновных в нарушении экологического законодательства — важная задача местных органов исполнительной власти, экологической и земельной инспекции.
Космические снимки с разрешением 1 м и менее (IKONOS, QuickBird, GeoEye) — надежная основа для выявления и картографирования таких объектов.
По космическим снимкам таких свалок на территории Киевской области выявлено более 30, АР Крым — 15, Луганской области — 12.
Выводы и направления дальнейших работ
Изложенный материал позволяет убедиться в эффективности использования данных космической съемки для изучения и картографирования полигонов бытовых, строительных отходов, свалок, для выявления нарушений правил обращения с отходами, в частности организации стихийных свалок.
Выявление, картографирование, мониторинг мест накопления отходов на территории областей Украины на основе космических снимков имеют несколько целей:
1. На территорию областей составляются карты источников стационарного загрязнения, другие экологические карты, где показываются полигоны захоронения отходов. Наложение на эти карты результатов дешифрирования снимков, получаемых в виде слоев цифровых карт, выявляет расхождения, как правило, это «новые» объекты. Эти объекты — или новые места захоронения отходов, не показанные на картах, но эксплуатируемые на законных основаниях, либо несанкционированные, стихийные свалки, которые необходимо оперативно выявлять и ликвидировать.
2. Мультиспектральные снимки позволяют оценивать влияние свалок на окружающую среду — существенное трансформирование или загрязнение отдельных компонентов окружающей среды (воздуха, поверхностных и подземных вод, почвеннорастительного покрова и другие). Также оценивается влияние компонентов геосистем на полигоны и мусоросвалки как воздействие природных процессов — эрозионный размыв, подтопление, оползни, дефляция (разрушительная работа ветра).
3. Космические снимки — средства объективного контроля над функционированием мест захоронения отходов различных типов (бытовых, промышленных, строительных, энергетики и т. п.), позволяющие в значительной степени дополнять и обновлять экологические карты различных типов.
4. Использование снимков одновременно в тепловом и видимом диапазонах позволяет выявить самовозгорание мусора. Желательно также провести съемку с борта самолета или вертолета, в том числе тепловизорную, наиболее проблемных полигонов ТБО.
.-Космоснимок-QuickBird.jpg "Необорудованный полигон ТБО — городская свалка Балаково (Саратовская область, РФ). Космоснимок QuickBird")
.jpg "Полигон ТБО в Гаспре (Большая Ялта)")
-и-актуальном-(справа)-снимках.jpg "Официально закрытый полигон ТБО в районе Сортировка на архивном (слева) и актуальном (справа) снимках.")
