Пермский край (площадь 160236,5 км²) – крупнейший на Западном Урале индустриальный комплекс, один из наиболее развитых в экономическом отношении административных единиц РФ, имеющий высокий уровень урбанизации, мощный промышленный потенциал (топливный, химический, нефтехимический, металлургический, машиностроительный, горнодобывающий, деревообрабатывающий, целлюлозно-бумажный комплексы и др.), преимущественно экстенсивное и нестабильное сельское хозяйство, недостаточно развитую производственную и социальную инфраструктуру. Край разделен на 48 муниципальных образований первого уровня – 40 муниципальных районов и 8 городских округов (включая 25 города, 55 поселков городского типа, более 4 тысяч сельских населенных пунктов.). В состав края также входит территория с особым статусом – Коми-Пермяцкий округ. Численность населения края по данным Росстата (01.01.2016) составляет 2 634,4человек, из них 1 991,2 (75,6 %) проживает в городах [14].

Основные техногенные источники.

Основными источниками воздействия на окружающую среду (ОС) являются промышленные предприятия. В различных отраслях экономики Пермского края находится в эксплуатации около 3 тыс. опасных производственных объектов. В крае насчитывается более 500 крупных и средних предприятий различных отраслей экономики; кроме того, существует 10,6 тыс. малых предприятий, несколько тыс. кооперативов и фермерских хозяйств, десятки тыс. индивидуальных предпринимателей. Сельскохозяйственные объекты в большей мере сконцентрированы в южной, западной и юго-восточной части края. Северная и северо-западная часть края – районы нового освоения, преимущественно с лесопромышленной специализацией. На большей части края, преимущественно в западной, южной и центральной частях (восточная окраина Восточно-Европейской платформы), расположены районы нефтегазового освоения, а на востоке, в уральской горно-складчатой зоне – горнопромышленные районы. Организациями, занимающимися проблемами охраны ОС, выделяется различное количество промышленных источников воздействия. На контроле госсанэпидслужбы находится 3050 промышленных объектов, из них, к предприятиям 1 и 2 класса опасности отнесено 98 промышленных предприятий.

По материалам сборников «Состояние и охрана ОС Пермского края» [15, 16] авторами составлены карты техногенной нагрузки и районирования по административным территориям Пермского края за последние 20 лет (1995-2015 гг.). Современное районирование территории Пермского края по техногенной нагрузке по основным модульным показателям загрязнения ОС и другой техногенной нагрузке [17, 18] приведено на рисунке 1, объемы техногенного воздействия отображены в таблице 1.

Антропогенное воздействие на атмосферный воздух.

Основными факторами, воздействующими на состояние атмосферного воздуха, являются количество и масса загрязняющих веществ (ЗВ) поступающих в атмосферу от различных источников. Динамика валового выброса ЗВ в атмосферу от всех техногенных источников в Пермском крае в последнее двадцатилетие показывает на общее снижение в последнее десятилетие и представляет колебание на примерно одинаковом высоком уровне. Наблюдается его снижение от стационарных источников загрязнения от 823,9 в тыс. т в 1990 г. до 298,6 тыс. т. в 2015 г., но неуклонно растет загрязнение от передвижных источников. Общий выброс ЗВ в атмосферу с учетом автотранспорта в Пермском крае составил в 2014 г. – 586,4 (в т.ч. выброс от автотранспорта – 273,9). Основные ЗВ: метан – 38%; оксида углерода – 27%; смеси углеводородов – 10 %; диоксида азота – 9%; сернистого ангидрида – 3 %; оксида азота – 2%; прочих – 11%.

Предприятиями края выбрасывается в атмосферу более 400 видов ЗВ, из них 66 выбрасываются с превышением установленных нормативов ПДВ. Основная доля загрязнения атмосферного воздуха приходится на предприятия транспортной отрасли, 98% общей массы выбросов которой приходится на трубопроводный транспорт.

На втором месте по массе выбросов ЗВ находится топливная промышленность (предприятия добычи и переработки нефти); далее следуют черная и цветная металлургия, непроизводственные отрасли (предприятия ЖКХ, внешнего благоустройства, теплоснабжения и др.), электроэнергетика, химическая и нефтехимическая отрасли, лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность.

Рис. 1. Схема и районирования Пермского края по техногенной нагрузке

Среди ЗВ лидирует метан, выбрасываемый предприятиями трубопроводного транспорта; на втором месте – оксиды углерода; далее смесь предельных углеводородов, летучие органические соединения, основным источником, которых являются нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия; диоксиды азота и серы, образующиеся в процессе сжигания различных видов топлива. Высокие концентрации окиси углерода, диоксида серы и др. ЗВ приводит к образованию «кислотных» дождей и гибели растительного покрова.

Таблица 1. Воздействие на окружающую среду в  Пермском крае

Антропогенное воздействие на водные объекты.

По качеству атмосферного воздуха наиболее неблагоприятными в крае являются города – Пермь, Березники, Чусовой, Соликамск, Александровск, Лысьва, Чайковский.

В Пермском крае уже несколько десятилетий продолжается загрязнение рек и водоемов. Тенденции водопотребления и водоотведения на территории края за последние 20 лет меняются незначительно, имеют волнообразный характер (в т.ч. – сброс загрязненных сточных вод); увеличивается число водопользователей. Наибольший сброс сточных вод наблюдался в 2005-2007 гг., затем отмечается некоторое его снижение.

В общем объеме водопотребления и сброса сточных вод 97% приходится на промышленные предприятия, из них основной объем ЗВ дает жилищно-коммунальное хозяйство – 71%. Доля химической и нефтехимической промышленности – 10%; лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности – 9%; металлургии – 6%; электроэнергетики – 3%. Всего в водоемы Пермского края сбрасывается ЗВ – 53 наименований. Основную массу сброса ЗВ (95%) составляет сухой остаток – 807 тыс.т, соединений металлов – 258 тыс. т. Из компонентов сухого остатка основными являются: хлориды (41%), натрий (16%), сульфаты (9%), ХПК (9%), кальций (7%), калий (6%), нитраты (1%), магний (1%), азот общий (1%), танин (1%), прочих – 8%. С загрязненными стоками в водоемы попадают опасные для здоровья населения биологически и химически активные вещества, формальдегиды, нефтепродукты, микроэлементы и др. [15, 16].

Загрязненными являются все крупные водные артерии региона, а также все малые водотоки в пределах городов и крупных населенных пунктов.

Наиболее неблагоприятными районами в крае по качеству питьевой воды являются: по микробиологическим показателям – Кишертский, Ильинский, Куединский, Чернушинский районы и г. Кунгур; по санитарно-химическим показателям – гг. Чайковский, Лысьва, Кизел, Краснокамск, Губаха, Гремячинск, Александровск.

Нарушение земельных ресурсов – один из наиболее значимых видов техногенных воздействий, приводящий зачастую к полному уничтожению на этих площадях биоты. В Пермском крае производственную деятельность, связанную с нарушением почвенного покрова осуществляет около 300 предприятий и организаций различных отраслей экономики. В настоящее время всеми видами промышленностей нарушено земель общей площадью 8,5 тыс. га, из них около трети земель имеет ряд добывающих предприятий: промышленность строительных материалов – 711, угледобыча – 560, нефтедобыча – 462. Большие площади нарушенных земель приходится на сельское хозяйство –2174 га, из них около2000 га приходится на торфоразработки. По другим отраслям нарушенных земель приходится: цветная металлургия – 988, нефтехимия – 506, энергетика – 12, прочие отрасли –2714 га [15, 16]. На значительной части нарушенных земель осуществляется их рекультивация, при этом проблемными в плане рекультивации являются около 40% всех выявленных площадей нарушенных земель (возможно – значительно больше).

Отходы производства и потребления.

В Пермском крае в результате хозяйственной деятельности предприятий образуется более 1000 видов отходов и потребления. Особую опасность вызывают высокотоксичные отходы. В 2015 г. в крае было образовано отходов: 1 класса опасности – 1,02; 2 класса – 2,04; 3 класса – 178,4; 4 класса – 1509,2; 5 класса опасности – 39299,3 тыс. т. В целом, накоплен огромный объем промышленных и бытовых отходов, который за 20 лет постоянно увеличивается от 580,8 млн. т. в 1995 г. до 817,7 млн. т. в 2015 г. (табл. 1). Наибольшей техногенной нагрузкой отличаются отрасли, связанные с недропользованием – добыча калийных солей, нефти, угля, сырья для строительных материалов. Основная масса этих отходов приходится на калийное производство – на объектах ПАО «Уралкалий» на конец 2015 г. накоплено 585,1 млн. т., под их размещение задействовано более 12,3 тыс. га [16].

Распределение отходов производства и потребления по территории края характеризуется модулем техногенной нагрузки (количество отходов в тонн в год, приходящиеся на 1 км² площади), который отображен на карте техногенной нагрузки (рис.1). Наибольшим модулем техногенной нагрузки (по количеству отходов в 2015 г. на 1 км²) характеризуются промышленные районы: г. Березники –944164, Соликамский район – 44043, Краснокамский район –25103,г. Александровск –6715, Чусовской  район –5960, г. Пермь –5198, Кунгурский район – 730, Горнозаводской район – 729, Гремячинский район – 719, Чайковский район – 592, Добрянский район – 347 т/ км². Промышленные и бытовые отходы в крае размещенные, как на полигонах, площадках промышленных предприятий, животноводческих комплексов, территориях населенных пунктов, несанкционированных свалках – являются потенциальными источниками загрязнения природных сред, особенно оказывают влияние на качество воды открытых водоемов.

Таким образом, по очень высокой техногенной нагрузке и ее негативному воздействию на ОС в Пермском крае выделены наиболее неблагополучные районы, соответствующие крупнейшим промышленным узлам и зонам края – Пермско-Краснокамскому, Березниковско-Соликамскому, Лысьвинско-Чусовскому, Кизеловско-Губахинскому, Чайковскому, Кунгурскому. Комплексный анализ экологических условий на основе комплексных региональных геоэкологических исследований, геоэкологического картографирования и медицинской статистики по заболеваемости населения позволяет отнести эти территории к зонам экологического бедствия [19-30]. Относительно благоприятными в экологическом отношении и по техногенному воздействию на ОС (за исключением локальных участков) являются северные и западные районы края – Чердынский, Ильинский, Сивинский муниципальные районы, а также все районы Коми-Пермяцкого округа.

Методика работ и материалы. Методология геоэкологических исследований базируется на основных принципах, изложенных в работах [1-5]. Методика геоэкологической оценки и районирования изложена в наших работах [5-7]. В основе фактических данных – исследования авторов по геоэкологическому, ландшафтно-геохимическому, неотектоническому картографированию Западного Урала и анализ других геологических и экологических данных. Содержания микроэлементов в почвах и подземных водах приводятся по отношению предельно-допустимым концентациям (ПДК), их значения приведены в работах [8-10].

Основные техногенные факторы и их воздействие на окружающую среду

Основные источники воздействия. Селитебные зоны района представляют 26 населенных пунктов (с общей численностью населения 35,2 тысячи человек; площадь района 7,14 тыс. км²) крупнейшие из них – г. Горнозаводск (15 тыс. человек), пгт. Пашия, Кусье-Александровский, Теплая Гора, Сараны, Промысла, Нововильвенский, Ст. Бисер, Медведка. Ведущими отраслями в структуре экономики района являются черная металлургия, машиностроение, производство стройматериалов, санитарно-технического оборудования лесная промышленность, геологодобыча и разведка. Местное значение имеет сельскохозяйственная, пищевая, хлебопекарная и легкая промышленность. Промышленность стройматериалов, занимающую ведущее место в структуре хозяйства района, представляют ОАО «Горнозаводскцемент», ЗАО «Пашийский металлургическо-цементный завод», ОАО «Теплогорский щебеночный комбинат». Черная металлургия представлена горнодобывающим предприятием – ОАО «Сарановская шахта «Рудная» – с крупнейшим месторождением страны хромитовых руд в пос. Сараны (основная продукциия предприятия – руда и концентраты хрома). Предприятия лесной промышленности: ОАО «Бисерский леспромхоз» и ОАО «Теплогорский леспромхоз», АО «Пашийский ЛПХ», АО «Воронежский ЛПХ», ООО «Лесная компания» и др. Дорожная сеть довольно хорошо развита в центральной части, в отдаленных частях от центра, дороги отсутствуют. Через район проходит Горнозаводская железнодорожная магистраль Пермь – Н.Тагил и автомобильная дорога краевого значения Кунгур – Соликамск – Горнозаводс и несколько магистральных газопроводов; расположены газоперекачивающие станции РАО «Газпром».

Оценка воздействия. На 2016 г. в районе накоплено (основными накопителями промышленных и бытовых отходов являются 43 организации, находящиеся на учете) 5 097,537 тыс. т отходов. Средний модуль техногенной нагрузки (по количеству отходов на 1 км² площади) составил 282,8 т/ км²и по этому показателю район относится к территориям с очень высоким уровнем суммарной антропогенной нагрузки. Валовый выброс загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу в районе составил в последние годы: от стационарных источников загрязнения 44-48 тыс. т; от передвижных источников загрязнения – 2-3 тыс. т., всего – 46-52 тыс. т. Модуль атмотехногенной нагрузки в целом по району составляет 6-7 т хгод/км². По уровню антропогенной нагрузки на атмосферный воздух район относится к среднему уровню. Сброс сточных вод в водные объекты района значительный, составляет более 5 млн. м³ с массой ЗВ 1-1,2 тыс. т. [11, 12]. Значительную опасность представляют трансграничное загрязнение р. Чусовой шестивалентрым хромом, поступающим в реку со сточными водами объединения «Хромпик» от г. Первоуральск Свердловской области.

Природно-геологические факторы воздействия на окружающую среду и геолого-экологические условия

Территория Горнозаводского района расположена полностью в пределах крупной тектонической структуры первого порядка – Уральской складчатой области (западной части Урало-Сибирской эпигерцинской области завершенной складчатости), в пределах двух тектонических структур второго порядка: Западно-Уральской внешней зоны складчатости (ЗУЗС) и Центрально-Уральского поднятия (ЦУП) [13, 14]. На территории широко развиты две группы природных геологических процессов – эндогенные и экзогенные. Из эндогенных процессов важнейшими являются современные тектонические движения, определяющие неотектонические условия и сейсмичность. Основными геологическими факторами являются геодинамически активные и сейсмоопасные зоны, крупные тектонические нарушения, региональные поля интенсивных геологических процессов), влияющие на экологические условия природной среды территории [15, 16].

Территория района по общему сейсмическому районированию (ОСР-97-С) относится к территориям 7-балльной сейсмической опасности. По схеме сейсмического районирования Среднего Урала масштаба 1: 1 000 000 (Кашубин и др., 1998), на рассматриваемой площади выделены потенциально сейсмоопасные зоны, протягивающиеся в северо-западном направлении. По картам неотектонической активности и геодинамических активных зон Пермского края (Копылов и др., 2004ф, 2011, 2014), в пределах данного района выделяются 3 группы геодинамические активных зон и участков, линейно вытянутых в субмеридионально-северо-западном направлении. Все они контролируются древними глубинными тектоническими разломами выделенным по геофизическим данным (Кассин и др., 1985ф) и высокой плотностью разломов земной коры, линеаментов и мегатрещин по материалам аэрокосмогеологических исследований. На западе выделяется Пашийско-Кусьинская геодинамическая зона с площадью около 706 км², расположенная в пределах одноименной структурно-тектонической депрессии в пределах ЗУЗС и на границе с ЦУП. В центральной части района три геодинамические зоны: Нововильвинская (182 км²), Сарановская (183 км²) и Вижайская (110 км²) образуют вторую группу геодинамически активных зон. В восточной части района выделена Теплогорская геодинамическая зона (307 км²), состоящая из ряда более локальных и активных участков [17-18].

Эколого-гидрогеохимические и геохимические условия

Эколого-гидрогеохимические условия. На рассматриваемой территории по материалам региональных геоэкологических исследований (Копылов и др., 2001ф, 2012, ) расположены 2 гидрогеохимические аномальные зоны (АЗ): Усьвинская и Койвинская АЗ. Усьвинская АЗ частично расположена в северо-западной части (площадь 250 км²), в бассейне р. Усьвы. Приурочена к водоносным подразделениям рифейско-вендских терригенных и метаморфических кварцитовидных пород [20, 21]. Изоминеры соответствуют значениям 0,2-0,5 г/дм³. Площадными являются аномалии по Mn (до 2,6 ПДК); в основном АЗ сформирована точечными аномалиями: Be (до 13), Cd (до 8), Ni (до 7,5), Cr (до 2,5), Pb (до 1,6 ПДК). Койвинская гидрогеохимическая АЗ занимает весь юго-запад и центральную часть района (площадь 2375 км²), в бассейнах рр. Чусовой, Койвы, Вижая, Чизмы. Приурочена к водоносным подразделениям ассельско-артинских терригенных, средне-верхнекаменноугольных карбонатных и терригенно-карбонатных, девонско-нижнекаменноугольных терригенно-карбонатных, рифейско-вендских и девонских терригенных и метаморфических кварцитовидных пород. Изоминеры соответствуют значениям 0,2 г/дм³ и менее г/дм³. Площадными аномальными элементами являются: Cd (до 25 ПДК), Mn (до 15,4), Ti (до 9,2); точечными: Ba (до 6), Pb (до 1,6), Ni (до 1,5 ПДК). Установлено несколько точек с очень высоким содержанием Р (1 класс опасности) – до 2860 ПДК [10, 22].

Эколого-геохимические условия.

На рассматриваемой территории по материалам ландшафтно-геохимических исследований (Копылов и др., 2004ф, 2012) расположены 3 крупных геохимические аномальные зоны: Усьвинская, Койвинская и Среднечусовская АЗ.

Усьвинская геохимическая АЗ расположена в северной и северо-западной части района, в бассейне верховьев рр. Усьвы и Вильвы, в пределах ЦУП, на площади 1690 км². Выделяется как площадная аномалия по: Pb (1-6,7 ПДК), Zn (1,4-4,5),Cd (10-80), Be (1-4,0), Cr (1-18,7), Mn (1-2,7), Ti (1-1,4), Zr (1-5,0), Ga (1-2,0). С локальным распространением: Р (10-15), Ni (1-1,3), Cu (1-24,3), Ва (1-1,5), V (1,0), Ва (1-3,2), Sn (3,3 ПДК). Койвинская геохимическая АЗ расположена в восточной части района, в бассейне р. Койвы в ее верхнем и среднем течении, в пределах ЦУП, на площади 1383 км². Выделяется как площадная аномалия по: Pb (1-6,7 ПДК), Zn (1,4-2,7), Р (15), Mn (1-4,0), Ga (1-2). С локальным распространением: Be (1-4), Cu (1-4,5), Ва (1,6), V (2), Ва (1-3,2), Ti (1-1,4), Zr (1-3,3 ПДК). Среднечусовская геохимическая АЗ расположена в юго-западной части района, в бассейне р. Чусовой, долинах рр. Койвы, Кумыш. В структурно-тектоническом отношении расположена в пределах ЗУЗС, на площади 818 км². Выделяется как площадная аномалия по: Pb (1-3,3 ПДК), Be (1-6), Ni (1-1,5), Cr (1-5,3), Cu (1-9,1), Mn (1-2,7), Ti (1-2), Ga (1-2). С локальным и точечным распространением: Zn (1,4-1,8), Cd (10-30), V (1-4,7), Ba (1-1,6), Zr (1-3,3 ПДК). Генетическая природа этих аномальных зон в основном комплексная с различной долей двух групп факторов – природной и техногенной. Отмечается приуроченность отдельных аномалий к населённым пунктам, автомобильным и железнодорожным магистралям, промышленным, сельскохозяйственным и селитебным зонам; при этом значительные их части в пределах промзон классифицируются, как природно-техногенные. Собственно техногенные аномалии имеют в плане локальный мозаичный характер, к ним относятся техногенные загрязненные участки в пределах любых территорий и зон [8, 9, 23, 24].

Комплексная оценка экологического состояния природной среды

Анализ комплексных геоэкологических исследований, районирования территорий по техноприродным опасностям развития чрезвычайных ситуаций с экологическими последствиями Пермского края [5, 25-27] позволяет дать следующую интегральную оценку экологического состояния природной среды для Горнозаводского района.

С учетом основных оценочных критериев состояния окружающей среды: геодинамической активности, сейсмичности, пораженности территории опасными геологическими процессами, степени нарушенности ландшафтов, степенью загрязнения (химическое, радиоактивное, пестицидное и др.) различных природных сред – почв, подземных вод зоны активного водообмена, поверхностных вод, донных осадков рек и водоемов, комплексного загрязнения воздуха (ранжированые по 4 классам экологического состояния в соответствии с [2], практически весь район характеризуется условно благоприятными и неблагоприятными экологическими условиями.

Территории с условно благоприятными экологическими условиями занимают площади преимущественно в восточной части района, занимая площадь около 40 %. К ним отнесены территории с природными ландшафтами (здесь условно-естественные леса сочетаются с крупными болотными массивами, гольцами в горных районах); преобладают природно-антропогенные ландшафты; ограниченно развиты сельскохозяйственные антропогенные ландшафты. В целом, характерна удовлетворительная (малая) и напряженная (средняя) степень нарушенности среды, которая характеризуется регулярным проявлением разных по интенсивности и локальных по распространенности природных и техногенных экологически неблагоприятных процессов и явлений. Геохимические аномалии характеризуются умеренно-опасной степенью загрязнения, в основном не превышают 1,5-5 ПДК (в зависимости от классов опасности); выделяются отдельные локальные и точечные геохимические аномалии с более высоким уровнем ПДК. Данные территории отвечают категории экологического риска.

Территории с неблагоприятными экологическими условиями занимают большие площади, особенно в центральных и северных частях районах, а также в юго-западной и юго-восточной частях района. Общая их площадь до 60% территории. К ним отнесены территории с природно-антропогенными и антропогенными ландшафтами, селитебные и промышленные зоны, занимающие значительные площади. Преобладает напряженная (средняя) степень нарушенности среды, в промышленных районах отмечается кризисная степень нарушенности среды, которая характеризуется также регулярным проявлением умеренно опасных природных и техногенных процессов (карст, эрозия, опасные экзогенные процессы гравитационного типа и др.). Выделяются обширные геохимические аномалии, часто с опасной степенью загрязнения (до 3-80 ПДК в зависимости от классов опасности). Данные территории отвечают категории экологического кризиса (рис. ).

Геоэкологический потенциал и устойчивость природных комплексов

В настоящее время при экологической оценке территорий также используется понятие экологического (геоэкологического) потенциала природных систем и комплексов. Понятие «экологический потенциал» предложил Н.Ф. Реймерс [28], определив его как способность природных систем отдавать необходимую человечеству продукцию или производить полезную для него работу. Его носителем является способность природы к самовосстановлению. Чем большим потенциалом устойчивости обладают экосистемы – тем больше чистого водуха, воды, пищи достанется, в конечном счете, человеку.

Рис. Карта экологического состояния природной среды Горнозаводского района

Рис. Карта экологического состояния природной среды Горнозаводского района

Устойчивость экосистем – это сложный комплекс адаптивных реакций, позволяющий ассимилировать загрязнение среды. Для интегральной характеристики экологического потенциала природных экосистем используется комплекс показателей характеризующих массу, продуктивность и структурное разнообразие сохранившихся участков живой природы. На основе анализа ландшафтно-геологических систем составлена карта геоэкологического потенциала и устойчивости природных комплексов района с ранжированием по 4 уровням геоэкологической устойчивости – от очень низкой до высокой. На территории Горнозаводского района отмечается преобладание средней экогеохимической и геодинамической устойчивости природных комплексов (60% территории), высокой – (30 %, в основном в северной части, на площади, окружающей территории заповедник «Басеги»), участки с низкой и очень низкой устойчивостью (10 %) расположены локально.

Заключение. Основные экологические проблемы Горнозаводского района связаны с интенсивным загрязнением атмосферного воздуха и водоемов и почв промзон и территорий освоения месторождений полезных ископаемых, с интенсивным нарушением природных ландшафтов лесных и земельных ресурсов. Геолого-экологическую опасность также представляет развитие природных и природно-техногенных, экзогенных геологических процессов, особенно провальных явлений, связанных с активной неотектоникой и карстом. Необходима постановка детальных геоэкологических исследований и мониторинга на участках развития опасных геологических процессов, геохимических аномалий в зонах с высокой геодинамической активностью.

Статья оставлена в рамках мероприятий ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.».