Теоретические основы мониторинга

 

Для выявления качества окружающей среды первоочередной задачей является создание глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Как уже отметили, мониторингом называется система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды.

Наблюдения могут осуществляться по физическим, химическим и биологическим показателям, но особенно перспективны интегрированные показатели состояния окружающей среды.

При изучении антропогенного влияния на окружающую среду, в первую очередь, следует определить общемировое, глобальное фоновое состояние биосферы. Глобальный мониторинг позволяет оценить современные фоновые состояния среды. Программа фонового мониторинга подразделяется на абиотическую и биотическую части. Базовые станции характеризуют общеглобальное состояние. Во многих случаях фоновые станции располагаются в биосферных заказниках.

Региональные станции системы мониторинга служат для получения информации о зонах, подверженных антропогенному влиянию.

Общегосударственную службу наблюдений и контроля за уровнем загрязнения окружающей среды можно разделить на три подсистемы:

– подсистема контроля загрязнения в зонах возможного антропогенного воздействия. Сюда относятся наблюдения за воздушной средой зоны городов, промышленных районов, наблюдения за состоянием водной среды устьев рек, участков крупных рек и малых рек, а также озер и водохранилищ в промышленных районах, особенно места сброса сточных вод, районы животноводческих ферм, контроль за состоянием почв больших городов, автомагистралей и крупных дорог, сельскохозяйственных угодий с интенсивным применением ядохимикатов;

– подсистема контроля загрязнений на региональном уровне. Сюда относятся зоны повышенного контроля в атмосфере небольших городов, районов, примыкающих к зонам интенсивной работы промышленности, измерения в большом числе мест на реках, озерах и морях, в почвах хозяйственного освоения. Такие измерения должны быть повсеместными, но могут быть не очень частными в пространстве и времени;

– подсистема наблюдений на фоновом уровне включает наблюдения на объектах, удаленных от любых локальных источников; например, биосферных заказниках, как было сказано выше.

В Российской федерации ведется биотическая подпрограмма (биологический мониторинг), направленная на оценку и прогноз изменения состояния живой составляющей биосферы - популяций, формирующих экосистемы. Комплекс наблюдений и исследований включает оценку чувствительности видов к небольшим уровням загрязнения, определения параметров межвидовых взаимодействий, построение прогностических моделей. Результатом анализа являются данные о том, какие популяции и под воздействием какого уровня глобального фона загрязнений снижают свою численность и, таким образом, находятся в опасности.

Насущной проблемой дня становится организация государственной службы генетического мониторинга, которая реально должна будет определить объём и рост генетического груза в соответствии со степенями экологического напряжения и дать рекомендации по недопущению факторов, ведущих к увеличению. Наследственные болезни детей должны привлечь к себе особое внимание общественности.

По мнению И. П. Герасимова, исходным блоком современного мониторинга окружающей среды должен стать биоэкологический мониторинг. Его ведущее звено – наблюдения за состоянием среды, с точки зрения его влияния на состояние здоровья человека. При этом, конечной целью всей сложной и дорогостоящей работы по непрерывному слежению за состоянием среды является защита интересов человека (человечества).

В систему экологических наблюдений должно входить определение ряда первоочередных показателей опасного загрязнения среды техногенного происхождения:

– газовые загрязнения: СО₂, СО, N0, NО₂ и др.;

– минеральные загрязнения: соединения ртути, свинца, мышьяка, фосфора, кадмия, фтора, нитриты, нитраты и др.;

– органические и полимерные загрязнения: пестициды и детергенты, углеводороды нефти, микробные загрязнения и др.;

– радионуклиды.

Необходимо исследование и таких физических факторов среды, как шумы и электромагнитные поля.

Основная сеть пунктов наблюдения биологического мониторинга должна быть сосредоточена в местах большой концентрации населения и в районах наиболее активной его деятельности. Она должна контролировать основные линии связи человека с окружающей средой (питьевые воды, вдыхаемый воздух, пищевые продукты и др.).

Большое значение имеет также мониторинг канцерогенных веществ. Ондолжен и может способствовать снижению концентрации их значений в населённых пунктах и промышленных зонах до близких к фоновым, и тем самым способствовать решению проблем снижения заболеваемости раком.

Исключительное значение в настоящее время приобретает учет и исследование воздействия искусственных мутагенных факторов. Мутагенными являются не только химические вещества, но и радиация, и биологические факторы. Мутагены поражают самое драгоценное, что создано эволюцией живой материи – генетическую программу человека, а также генофонды популяций всех видов животных, растений, бактерий и вирусов, населяющих биосферу. Генетический фонд – совокупность всех видов живого, обладающая определёнными наследственными задатками. Каждый биологический вид неповторим. Он хранит информацию филогенетического развития, расшифровка которой имеет огромное как научное, так и практическое значение, исчезновение хотя бы одного вида – большая утрата для науки и практики.

В настоящее время у нас в стране начала формироваться комплексная система мероприятий по генетическому мониторингу популяций в сочетании со скринингом химических соединений на мутагенную активность. Эта задача частично может быть решена с помощью уже известных методов учёта врожденных заболеваний и аномалий в популяциях, путем биохимического скрининга и цитогенетического скрининга. Известную пользу могут принести данные о динамике злокачественных новообразований. Параллельно необходимо оценивать генетический груз не только на человека, но и на животных и растения.

Гармоничное развитие народного хозяйства с учетом экологического резерва биосферы и ожидаемых экологических и экономических последствий воздействия на нее возможно лишь при наличии и правильном использовании информации, представляемой системой мониторинга.

В систему мониторинга должны входить следующие основные процедуры:

– выделение (определение) объекта наблюдения;

– обследование выделенного объекта наблюдения;

– составление информационной модели для объекта наблюдения;

– планирование измерений;

– оценка состояния объекта наблюдения и идентификации его информационной модели;

– прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

– представление информации в удобной для пользователя форме и доведение ее до потребителя.

Основные задачи экологического мониторинга:

– наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

– наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

– наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

– оценка фактического состояния природной среды;

– прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, района, области, края, республики в составе федерации.

Характер и механизм обобщения информации при ее движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга определяется с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки. Последний представляет собой совокупность графически представленных пространственно распределенных данных, характеризующих экологическую обстановку на определенной территории.

Разрешающая способность информационного портрета зависит от масштаба используемой карты. При движении экологической информации от локального уровня (город, район, зона влияния промышленного объекта и др.) к федеральному масштабу карты, на которую эта информация наносится, увеличивается, следовательно, меняется разрешающая способность информационных портретов экологической обстановки на разных иерархических уровнях экологического мониторинга. Так, на локальном уровне экологического мониторинга в информационном портрете должны присутствовать все источники эмиссий (вентиляционные трубы промышленных предприятий, выпуски сточных вод и др.). На региональном уровне близко расположенные источники воздействия «сливаются» в один групповой источник. В результате этого на региональном информационном портрете небольшой город с несколькими десятками эмиссий выглядит как один локальный источник, параметры которого определяются по данным мониторинга источников.

На федеральном уровне экологического мониторинга наблюдается еще большее обобщение пространственно распределенной информации. В качестве локальных источников эмиссии на этом уровне могут играть роль промышленные районы, достаточно крупные территориальные образования. При переходе от одного иерархического уровня к другому обобщается не только информация об источниках эмиссии, но и другие данные, характеризующие экологическую обстановку.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

– источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду – выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами;

– сбросы сточных вод в водные объекты;

– поверхностные смывы загрязняющих и биогенных веществ в поверхностные воды суши и моря;

– внесение на земную поверхность и (или) в почвенный слой загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности;

– места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отходов;

– техногенные аварии, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и (или) разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и др.;

– перемещение загрязняющих веществ в процессах атмосферного переноса;

– процессы переноса и миграции в водной среде;

– процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ – миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод;

– миграция загрязняющих веществ по ландшафтно-геохимическому сопряжению с учетом геохимических барьеров и биохимических круговоротов; биохимический круговорот и др.;

– данные о состоянии антропогенных источников эмиссии – мощность источника эмиссии и месторасположение его, гидродинамические условия поступления эмиссии в окружающую среду.

В зоне влияния источников эмиссии организуется систематическое наблюдение за следующими объектами и параметрами окружающей природной среды.

1. Атмосфера: химический и радионуклидный состав газовой и аэрозольной фазы воздушной сферы; твердые и жидкие осадки (снег, дождь) и их химический и радионуклидный состав; тепловое и влажностное загрязнение атмосферы.

2. Гидросфера: химический и радионуклидный состав среды поверхностных вод (реки, озера, водохранилища и т. д.), грунтовых вод, взвесей и данных от поверхностных и грунтовых вод; тепловое загрязнение.

3. Почва: химический и радионуклидный состав деятельного слоя почвы.

4. Биота: химическое и радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ, домашних и диких животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб.

5. Урбанизованная среда: химический и радиационный фон воздушной среды населенных пунктов; химический и радионуклидный состав продуктов питания, питьевой воды и др.

6. Население: характерные демографические параметры (численность и плотность населения, рождаемость и смертность, возрастной состав, заболеваемость, уровень врожденных уродств и аномалий); социально-экономические факторы.

Системы мониторинга природных сред и экосистем включают в себя следующие средства наблюдения:

– экологического качества воздушной среды;

– экологического состояния поверхностных вод и водных экосистем;

– экологического состояния геологической среды и наземных экосистем.

Наблюдение в рамках этого вида мониторинга проводятся без учета конкретных источников эмиссии и не связаны с зонами их влияния. Основной принцип организации – природно-экосистемный.

Целями наблюдений, проводимых в рамках мониторинга природных сред и экосистем, являются:

– оценка состояния и функциональной целостности среды обитания и экосистем;

– выявление изменений природных условий в результате антропогенной деятельности на территории;

– исследование изменений экологического климата (многолетнего экологического состояния) территорий.

На территории Российской Федерации функционирует ряд систем мониторинга загрязнения природной среды и состояния природных ресурсов.

В государственной системе управления природоохранной деятельностью в Российской Федерации важную роль играет формирование единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая включает в себя следующие основные компоненты (рис. 6.2):

– мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду;

– мониторинг загрязнения абиотического компонента окружающей природной среды;

– мониторинг биотической компоненты окружающей природной среды;

– социально-гигиенический мониторинг;

– обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.

Предложенный ЭГСЭМ как центр единой научно-технической политики в области экологического мониторинга будет обеспечивать:

– координацию разработки и выполнения программ наблюдений за состоянием ОС;

– регламентацию и контроль сбора и обработки достоверных и сопоставимых данных;

– хранение информации, ведение специальных банков данных и их гармонизацию (согласование, телекоммуникационную связь) с международными эколого-информационными системами;

– деятельность по оценке и прогнозу состояния объектов окружающей природной среды, природных ресурсов, откликов экосистем и здоровья населения на антропогенное воздействие;

– доступность экологической информации широкому кругу потребителей.

 

 

 

Рисунок 6.2 – Блок-схема «Единая государственная

система экологического мониторинга»

 

Технологии единого экологического мониторинга (ЕЭМ) охватывают разработку и использование средств, систем и методов наблюдений, оценки и выработки рекомендаций и управляющего воздействия в природно-техногенной сфере, прогнозы ее эволюции, энерго-экологические и технологические характеристики производственной сферы, медико-биологические и санитарно-гигиенические условия существования человека и всей биосферы. Комплексность экологических проблем, их многоаспектность, теснейшая связь с ключевыми отраслями экономики, обороны и обеспечением защиты здоровья и благополучия населения требует единого системного подхода к решению проблемы.

Структуру единого экологического мониторинга можно представить сферами получения, обработки и отображения информации, сферами оценки ситуации и принятия решений. Структурными звеньями ЕЭМ являются:

– измерительная система;

– информационная система, включающая в себя базы и банки данных правовой, медико-биологической, санитарно-гигиенической, технико-экономической направленности;

– системы моделирования и оптимизации промышленных объектов;

– системы восстановления и прогноза полей экологических и метеорологических факторов;

– система принятия решений.

Одной из основных задач в этом направлении является создание единого информационного пространства, которое может быть организовано на основе использования современных геоинформационных технологий. Интеграционный характер геоинформационных систем (ГИС) позволяет создать на их основе мощный инструмент для сбора, хранения, систематизации, анализа и представления информации. ГИС имеют такие характеристики, которые позволяют считать эту технологию основной для целей обработки и управления мониторинговой информацией. Средства ГИС намного превосходят возможности обычных картографических систем, хотя, естественно, включают и все основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой кон­цепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции, анализа и представления любых данных, распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту. Только с появлением ГИС в полной мере реализуется возможность целостного, обобщенного взгляда на комплексные проблемы окружающей среды и экологии (рис. 1.3).

Система единого экологического мониторинга предусматривает не только контроль состояния окружающей среды и здоровья населения, но и возможность активного воздействия на ситуацию. Используя верхний иерархический уровень ЕЭМ (сфера принятия решения), а также подсистему экологической экспертизы и оценки воздействия на окружающую среду, становится возможным управлять источниками загрязнения на основании результатов математического моделирования воздействия на окружающую среду промышленных объектов или регионов.

Таким образом, единая государственная система экологического мониторинга обеспечивает формирование массива данных для составления экологических карт, разработки ГИС, моделирования и прогноза экологических ситуаций в различных регионах России.

 

 

Рисунок 6.3 – Блок-схема «Структура геоинформационной системы

мониторинга городских территорий»

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: