1. Введение

Причины возникновения экологических проблем в значительной степени обусловлены антропогенным воздействием на природную среду. Это негативное воздействие становится всё более опасным и агрессивным. Проблема взаимодействия природы и общества превращается в основную проблему фундаментальной науки ХХI века. Несмотря на применение превентивных мер по охране окружающей среды в стране, количество отходов не уменьшается [1], в том числе и Еврейской автономной области, что значительно влияет на экологическую безопасность и устойчивость территории.

Территория Еврейской автономной области составляет 36,3 тыс. км². По состоянию на начало 2025 года в регионе функционируют два полигона твердых коммунальных отходов общей площадью 144,4 га, при этом используется только 42,0 га. Накопленный объем отходов достигает 4,02 млн м². Численность населения — 144,4 тыс. человек, из них сельское население составляет 42,0 тыс. человек (на 01.01.2025). Плотность населения — 4,02 чел./ км2 [2].

Количество образованных отходов на территории увеличивается по нескольким причинам: росту потребления, увеличению использования одноразовой упаковки и пластика, а также по причине увеличения объемов промышленного производства, особенно в добывающей отрасли. Динамика образования отходов на территории увеличивается (рис. 1) [3].

Анализ статистических данных за период 2016–2023 годов выявил критический переломный момент: с 2019 года наблюдается резкое увеличение количества отходов. Это связано с выходом на полную производственную мощность Кимкано-Сутарского горно-обогатительного комбината,который был создан на базе Кимканского и Сутарского железорудных месторождений. Производительность карьера составляет 1,26 млн м³ или 2,59 млн тонн за 11 месяцев работы. Несмотря на заявления о минимальном воздействии на окружающую среду, прокуратура Облученского района выявляла нарушения федеральных законов «О недрах» и «Об охране окружающей среды» [4].В динамике четырехлетнего периода наблюдается увеличение образования отходов, а с развитием промышленности появились новые материалы, утилизация, которых естественным путем может длиться не одну сотню лет.

Немаловажный фактор — это современный объем, производимых твердых коммунальных отходов, основная часть которых размещается в природной среде [5]. Если рассматривать ЕАО в общероссийском масштабе, то область производит наименьшее количество отходов — всего 0,08%, однако для небольшой территории области с населением около 160 тыс. человек нагрузка на природу остается значительной. В 2023 году в России образовалось 47,2 млн тонн ТКО, что на 3,3% больше предыдущего года, а среднестатистический россиянин произвел 322,3 кг отходов, что на 3,1%, или на 9,7 кг, больше, чем годом ранее. Рост массы коммунальных отходов напрямую связан с ростом потребительской активности, а она, в свою очередь, — с уровнем доходов. В настоящее время в ЕАО наблюдается рост доходов, что подтверждается увеличением среднедушевых и медианных зарплат граждан.

1.1. Проблема несанкционированных свалок на территории

Территории, занятые ТКО в ЕАО, не предназначены для захоронения и утилизации отходов, часто располагаются в городской среде или вблизи населенных пунктов. В области находится 43 объекта размещения отходов, не внесенных в государственный реестр. На таких свалках отсутствует контроль состава отходов, что создает токсичную среду.

Установлено, чтонесанкционированные свалки оказывают комплексное негативное воздействие на основные компоненты природной среды.

Загрязнение почв: переуплотнение грунтов, накопление тяжелых металлов, загрязнение продуктами горения отходов, изъятие земель из сельскохозяйственного оборота, гибель почвенной фауны. Концентрации тяжелых металлов достигают опасных значений от 0,02 до 1,7 мг/кг, зависящих от металла и его ПДК (предельно допустимой концентрации).

Загрязнение атмосферы: выделение оксидов азота и углерода, фенола, метана, аммиака, сероводорода и других токсичных веществ. При разложении органических отходов формируется биологический газ, включающий метан — парниковый газ, способствующий глобальному потеплению. Свалки могут самовозгораться при нагревании до 50–100°C, высвобождая еще более опасные соединения.

Загрязнение водных ресурсов: загрязнение поверхностных и грунтовых вод азотистыми и хлорсодержащими соединениями, повышение концентрации тяжелых металлов. Токсичные вещества попадают в грунтовые воды, представляя водоемы опасными для человека, а грунт непригодным для использования в течение нескольких сотен лет [6].

В результате загрязнения основных компонентов окружающей среды сопутствуют социальным последствиям: распространение инфекционных заболеваний через грызунов и безнадзорных животных, ухудшение качества жизни населения, снижение эстетической ценности природных комплексов [7].

2. Основные результаты

Для решения научных и практических задач, связанных с планированием и проведением экологического мониторинга, является прогнозирование мест наиболее вероятного возникновения несанкционированных свалокоценка выявленных изменений окружающей среды и прогноз возможных неблагоприятных последствий. Поэтому важно иметь картографический материал с оперативным обновлением информации, для быстрой реакции на изменения ситуации.

Для несанкционированных свалок свойственно: многочисленность, пространственно определенные и небольшие по площади объекты. Например, вокруг одного поселка городского типа может располагаться от нескольких десятков до полутора сотен мест незаконного размещения отходов, а вокруг городов это число возрастает на порядок. Наземный контроль за столь обширными территориями занятыми отходами связан с большими финансовыми, временными и человеческими затратами, а во многих ситуациях просто невыполним. Традиционные методы геодезических и инженерно-экологических полевых обследований на территории полигонов и свалок успешно заменятся методами ДЗЗ для геопривязки и определений искомых характеристик. Применение геоинформационных технологий и использование космических снимков высокого и среднего разрешения позволит оперативно обнаруживать на территории [8] свалки ТКО, определять тип мусора, прогнозировать их развитие и своевременно принимать меры. В частности, ГИС-технологии дают возможность муниципальным службам в кратчайшие сроки провести тематический анализ, это подсчет площадей, занимаемых несанкционированными отходами и внести данные в реестр и др.

Оригинальность

предобработки для ЕАО обусловлена из ландшафтных условий региона, так ЕАО подвержена влиянию муссонов и частым туманам в поймах рек Амур и Бира. Предобработка включала атмосферную коррекцию с учетом аэрозольных загрязнений.

В предгорных районах (хребты Малый Хинган) глубокие тени могут имитировать темные объекты или скрывать мусор, в этих районах для адекватной модели использовались дополнительные признаки. Анализ в NIR-диапазоне: тени в ближнем инфракрасном диапазоне сохраняют минимальный сигнал за счет рассеянного света, в то время как искусственные темные материалы могут иметь другой спектральный «отпечаток». После коррекции яркость затененных склонов принимает вид освещенных. Если после этого объект остается аномально темным — это реальное физическое тело (объект или мусор), а не результат рельефа.

В ходе анализа выявлены ключевые антропогенные факторы, влияющие на возникновение несанкционированных свалок:

1) плотность населения и уровень его доходов;

2) уровень безработицы;

3) уровень доходов на душу населения;

4) расстояние до кромки леса, автомагистралей, дорог, водных объектов, железнодорожных путей и мест отдыха;

5) расстояния до отрицательных форм рельефа, удобных для складирования отходов.

Безусловно, наиболее эффективная методика мониторинга мест складирования отходов должна опираться на современные компьютерные технологии, например: на средства обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационные системы (ГИС)[9]. В работе использовано компьютерное дешифрирование, математическое моделирование и др. Для решения данных задач использовались спутниковые снимки серии Landsat в формате GeoTIFF, которые загружались через портал USGS с помощью сервиса Glovis.

Тематическая обработка космических снимков проводилась с помощью программы QGIS с GRASS GIS (свободно распространяется по лицензии GNU GPL). Виртуальный растр, созданный путем объединения нескольких каналов (спектральных полос) в один, представляет собой синтезированное цветное изображение. Строились синтезированные цветные изображения близкие к представлению в естественном восприятии (максимально приближенное к визуальному восприятию) каналы (4-3-2). По этой же методике [10], [11] синтезировались цветные изображения с применением невидимого ИК, SWIR 2 диапазона спектра, а также в некоторых других диапазонах [12]. ЕАО имеет большое количество низменностей. Использование диапозона SWIR 2 критически важен для оценки влажности/загрязнения. Влажный грунт «чернеет» из-за переотражения света внутри водяных пленок, но его всегда выдает характерное поглощение в SWIR-каналах, которого нет у большинства сухих техногенных объектов. Нормализованный разностный водный индекс (NDWI): использовался для выделения избыточного увлажнения. У техногенных объектов значения NDWI обычно отрицательные, тогда как у переувлажненной почвы они стремятся к нулю или становятся положительными.

Применение метода линейного дискриминантного анализа для данных ДЗЗ необходимо предврительное создание «эталонов дешифрирования». Это более строгий математический подход, чем простая классификация «на глаз». Проведена предварительная аналитическая работа по созданию обучающей выборки. Применение Гис-технолгий позволяют выделить также площади химического загрязнения земной поверхности в исследуемых районах.

Для построения прогностической модели использовался метод градиентного бустинга (Gradient Boosting Machine, GBM) — один из самых точных алгоритмов машинного обучения для табличных данных. Градиентный бустинг преобразует систему слабых моделей в единую сильную прогностическую систему, существенно повышая точность прогнозов [13].

Исследования по выявлению несанкционированных свалок на основе данных дистанционного зондирования Земли показывают, что метод бустинга дает наиболее качественный прогноз по сравнению с методом линейного дискриминантного анализа. Метод GBM правильно спрогнозировал расположение около 50% мест несанкционированного размещения отходов, выявленных при полевых проверках. Высокая производительность подтверждается значением F1-меры на уровне 0,925, что указывает на эффективное сочетание точности и полноты предположений и значительно превосходит показатели классических методов анализа и позволяет эффективно использовать данные ДЗЗ в природоохранной деятельности».

Использование градиентного бустинга оправдано тем, что этот метод отлично справляется с нелинейными зависимостями и «шумными» данными, которые характерны для спутниковых снимков (различия в освещенности, растительности и т.д.). Поскольку F1 является средним гармоническим между точностью (precision) и полнотой (recall), значение 0,925 говорит о том, что модель крайне редко ошибается (не принимает скопление мусора за природный объект) и при этом находит подавляющее большинство реальных свалок в тестовой выборке, а 50% попадания в полевых проверках. На первый взгляд это число кажется низким по сравнению с F1-мерой, однако в задачах ДЗЗ это положительный результат. Остальные 50% могут быть либо ложноположительными срабатываниями, либо свалками, которые уже успели убрать или засыпать к моменту проверки.

Следовательно, антропогенные факторы,которые в той или иной степени могут определять места возникновения несанкционированных свалок на территории всей Еврейской автономной области, продемонстрированы на базе сервиса Google Maps и использования слоя гибрид, в результате получено несколько слоев с участками,вероятных мест возникновения несанкционированных свалок на территории ЕАО (рис. 2). Выявлены зоны риска:

– высокая вероятность образования свалок: Биробиджан и его пригороды, район поселка Николаевка;

– средняя вероятность: Облучье и Теплоозерск;

– малая вероятность возникновения несанкционированных свалок в южных районах ЕАО.

Априорная модель потенциальных мест несанкционированного размещения отходов может использоваться для сужения зоны обследования, например: при проведении плановых проверок и оптимизации маршрутов инспекторов.

Основным отличием полигонов ТКО от свалки является наличие технических устройств, позволяющих рационально использовать природные ресурсы и более эффективно осуществлять преобразование и передачу энергии.Основным документом российского законодательства в области охраны окружающей среды является Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». К основным документам, рассматривающим «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) без вредности для человека факторов среды обитания» относится СанПиН 1.2.3685-21, устанавливающим современные гигиенические нормативы и требования к факторам среды обитания, включая обращение с отходами.образом, выявлены системные проблемы управления отходами в ЕАО, в частности:

– отсутствие четко организованной системы управления отходами;

– отсутствие систем учета и контроля за образованием отходов и их движением;

– основные объемы отходов не перерабатываются, а захороняются на полигонах или попадают на несанкционированные свалки;

– недостаточно организована система переработки специфических отходов (шины, холодильники, электроника, автомобили);

– материально-техническое оснащение не соответствует реальным потребностям;

– слабое развитие предприятий по переработке ТКО и рециклингу вторичных ресурсов.

В ЕАО образуется 44 831,13 тонн ТКО ежегодно, что считается небольшим объемом по сравнению с другими регионами, поэтому крупные инвестиционные проекты по переработке отходов в регионе не имеют экономической привлекательности. Уровень использования отходов составляет всего лишь около 10% от образовавшихся. Для сравнения: в целом по России в 2023 году было переработано 26 млн тонн ТКО (52% от образовавшихся), что на 6,1% больше, чем в 2022 году [14].

3. Обсуждение

Важно подчеркнуть, что самым действенным способом борьбы с захламлением земель является прогнозирование мест несанкционированных свалок с применением ГИС-технологий. Предлагаемый подход позволяет:

– оперативно выявлять потенциально опасные зоны до образования крупных свалок;

– оптимизировать маршруты инспекторов природоохранных служб;

– проводить превентивные мероприятия по предотвращению несанкционированного размещения отходов;

– эффективно распределять ограниченные бюджетные средства на экологический контроль;

– информировать население о недопустимости создания стихийных свалок.

Интеграция ГИС-слоев и картами с транспортной доступностью повышает прогноз появления новых стихийных свалок.

4. Заключение

В результате исследования получены и представлены в виде электронной карты, на которой наглядно продемонстрированы местоположение, вероятных свалок отходов. Определено, что самым действенным способом борьбы с захламлением и загрязнением земель является прогнозирование мест несанкционированных свалок твердых коммунальных отходов. Необходимы также повышение экологического просвещения населения,которое является важнейшим инструментом формирования гражданской ответственности по отношению к местам проживания и сохранения природной среды, организации утилизации отходов и обустройство в соответствии с санитарно-эпидемиологическими требованиями мест захоронения отходов для обеспечения экологической безопасности региона.

Необходимо отметить, что в РФ требуется и корректировка законодательно базы в области обращения, утилизации отходов и рециклинга для организационных мероприятий, финансовых и иных стимулов для бизнеса в области переработки отходов и извлечения из отходов ценного сырья.

The additional file for this article can be found as follows: