3.2. Средства экологического мониторинга

Технические средства экологического мониторинга весьма раз­нообразны. В их число входят контактные и дистанционные сред­ства измерений, а также индикаторы и экспресс-тесты.

Контактные средства экологического мониторинга предназна­чены для обнаружения одиночных источников экологической опас­ности и локальных загрязнений окружающей природной среды. Они предполагают отбор проб природных объектов в конкретных точках местности и последующий анализ их в подвижных или стацио­нарных лабораториях.

Перспективным направлением совершенствования контактных средств экологического мониторинга является широкое внедрение методов экспресс-анализа без отбора проб. В качестве таких датчи­ков можно использовать

переносные аналитические приборы для капиллярного элект­рофореза, газовой или жидкостной хроматографии, хроматомасспектрометрии и др.;

системы химических сенсоров (преобразователей), которые не­прерывно и обратимо регистрируют содержание какого-либо ком­понента среды;

средства для экспресс-тестов (индикаторные бумаги, полоски, трубки, таблетки, порошки, растворы в ампулах и капельницах, биоиндикаторы и биотесты).

Дистанционные средства реализуют такие способы мониторин­га, как наблюдение за позиционным районом военного объекта в целом или отдельной его части, они позволяют достоверно обнаружи­вать факт появления и масштабы отрицательных экологических на­грузок. Все наземные средства экологического мониторинга имеют ограничения по дальности действия. Контроль и наблюдение с их помощью за состоянием окружающей среды даже на относительно небольших территориях требуют создания дорогостоящей разветв­ленной сети ЭПН. От этих недостатков свободны авиационные сред­ства экологического мониторинга, которые дистанционно позволя­ют получать портретные, графические и математические модели ланд­шафтов позиционных районов. Портретные модели представлены в основном фотографическими, телевизионными и сканерными изоб­ражениями. Графические модели представляют карты, схемы дешиф­рирования космических снимков, блок-схемы, профили и графики. Значительный интерес к применению космических средств для экологического контроля объясняется прежде всего такими их пре­имуществами по сравнению с существующими наземными и авиа­ционными дистанционными средствами зондирования природной среды, как: оперативность получения глобальной информации с труднодоступных районов, высокая периодичность ее поступления, возможность съемки в различное время суток в широком диапазо­не электромагнитного спектра излучения и т.д.

Спутники видового наблюдения из космоса обеспечивают полу­чение высокодетальных визуальных изображений подстилающей земной поверхности. В зависимости от физических принципов формирования изображения средства наблюдения подразделяются на: фотографические средства (ФС); оптико-электронные средства (ОЭС); радиолокационные средства (РЛС); инфракрасные средства (ИКС), средства, комбинирующие указанные признаки. Основным достоинством РЛС является всепогодность и возмож­ность наблюдения в любое время дня и ночи. ФС и ОЭС могут вес­ти наблюдение только в дневное время, т.е. при наличии достаточ­ной освещенности и угле места Солнца, превышающем 5-10°, а также при отсутствии или малой облачности[32].

Изображения, доставляемые с борта космического аппарата на наземный комплекс обработки информации, подвергаются предва­рительной технической обработке и последующей тематической об­работке, сущность которых определяется задачами, поставленными на наблюдение. К числу таких задач следует отнести следующие:

обнаружение очагов лесных пожаров;

обнаружение нефтяных пятен на акваториях, мест разрывов неф­тепроводов;

оценку уровня загрязнения подстилающей поверхности;

определение изменений характера растительного покрова;

оценку загрязнений водных ресурсов;

определение наличия облаков антропогенного происхождения; обнаружение зон затоплений, разливов и т.д. Таким образом, при определенных обстоятельствах космичес­кие средства видового наблюдения могут с успехом использоваться в качестве средств экологического мониторинга.

Анализ применения активных орбитальных радиолокационных средств в экологических целях показывает, что основными направ­лениями их использования являются контроль окружающей среды, экологическое картографирование и создание геоинформационных систем. Решение указанных задач связано с выявлением (установ­лением):

экологически значимых факторов природной среды (геологи­ческого строения, рельефа, растительного покрова, почвы и т.п.); антропогенных нарушений и загрязнений природной среды; источников антропогенных нарушений и загрязнений природ­ной среды;

последствий экологических нарушений.

Для этого требуются сбор и обработка различных видов инфор­мации:

геометрической (координаты и высоты точек местности) и син­таксической (форма объектов);

семантической (содержательные свойства объектов); структурной (пространственные и содержательные отношения объектов).

Следовательно, данные дистанционных средств должны обла­дать детальностью, обзорностью, разновременностью и разнород­ностью информации.

Проблема мониторинга динамики параметров атмосферы нераз­рывно связана с исследованием процессов в атмосфере Земли, ко­торые имеют глобальные масштабы. В связи с этим возникает объек­тивная необходимость применять спутниковые методы для изуче­ния строения и состава атмосферы, особенно динамики ее загряз­нения.

Более просто реализуются пассивные методы, которые можно разбить на три основные группы:

методы измерения поглашения атмосферы для прямого излу­чения Солнца, Луны, звезд;

методы измерения отраженного и рассеянного в системе Земля атмосфера излучения;

методы измерения уходящего теплового излучения.

Результаты измерений прозрачности атмосферы наиболее полно связаны с концентрациями, что обеспечивает наивысшую надежность интерпретации результатов измерений абсорбционным методом. Его чувствительность и точность достаточно высоки. Однако в связи с необходимостью отслеживания источников излучения во время дви­жения космического аппарата требуется сложная вспомогательная аппаратура. В случае использования ультрафиолетового (УФ), видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов наблюдения возможны лишь в слоях атмосферы, лежащих выше тропосферы.

Методы измерения отраженного и рассеянного в системе Земля — атмосфера излучения обеспечивают наиболее простую организацию глобальных измерений и имеют хорошую чувствитель­ность. Однако большое число компонентов регистрируемых излу­чений, имеющих различное происхождение, обуславливают слож­ность интерпретации этих методов, требующей знания большого числа динамично меняющихся параметров. Измерения проводят в УФ, видимом и ближнем ИК (до 3—4 мкм) диапазонах с использованием сравнительно простых и дисперсионных спектральных при­боров.

Методы измерения уходящего теплового излучения также относительно просты в реализации, однако требуют при интерпре­тации результатов измерения независимого определения профиля температуры атмосферы вдоль трассы излучения.

Метод измерения поглощения атмосферой излучения Солнца, Луны или звезд (метод затменного зондирования) эффективно используется для определения профиля озона в диапазоне высот 50-110 км. Этот метод позволяет устанавливать концентрацию и вертикальное распределение ряда оптически активных компонен­тов верхней атмосферы, имеющих достаточно сильные полосы или линии поглощения, в удобных для наблюдения участках спектра. Измерения проводились в УФ диапазоне с использованием аппара­туры, имевшей спектральное разрешение около 50 нм, 0,006-0,008 нм, 1 нм и принимавшей излучение звезд и Солнца.

Активные спектрально-оптические методы дистанционно­го мониторинга атмосферы основаны на использовании процессов поглощения, рассеяния и флуоресценции, возникающих при про­хождении излучения искусственного источника (лампы или лазе­ра) через атмосферу.

Лазерная система с импульсным источником излучения (лидар) широко используется для зондирования облаков и аэрозолей как в тропосфере, так и в стратосфере. Лидар позволяет регистрировать рассеяние как на молекулах воздуха, так и на аэрозольных части­цах, всегда присутствующих в атмосфере. Лидары применяются для экологического мониторинга дымовых шлейфов и аэрозольных дымок, исследования пограничного слоя атмосферы, в которых аэро­золь играет роль трассера, восстановление оптических и физичес­ких свойств аэрозоля, исследования переноса радиации и физики облаков, мониторинга вулканических эффектов в стратосфере. Ос­новные технические трудности практической реализации методов лазерного космического зондирования атмосферы связаны прежде всего с жесткими массогабаритными требованиями, которые усу­губляются недостатком энергии на борту КА.

Спутниковые измерения являются в перспективе наиболее эф­фективным средством для осуществления наблюдения за распрос­транением загрязнений от естественных и антропогенных источников, включая и загрязнения атмосферы в результате функциони­рования ракетно-космической техники (РКТ).

Для дистанционного определения состава горячих газообраз­ных загрязнений от стационарных и подвижных источников, таких, как, например, дымовые трубы или реактивные двигатели, разра­ботан пассивный метод гетеродинного обнаружения. Сущность его заключается в следующем: термически возбужденное излучение на колебательных переходах молекул загрязняющих веществ, лежащих в ИК области, смешивается с излучением гетеродина — перестраи­ваемого лазера, имеющего такую же частоту. Меняя длину волны лазерного излучения таким образом, чтобы она проходила через спектр линий поглощения загрязняющего вещества, получают час­тоту биений, когда разность частот этих двух сигналов соответствует полосе пропускания приемника.

Таким образом, измерения с КА дают возможность определять как интегральное содержание компонента газопылевой среды вдоль линии визирования, так и высотное распределение газов — приме­сей и аэрозолей, а также определять концентрации загрязняющих веществ, диапазон их размеров, форму и химический состав и дру­гие параметры атмосферы.

Космические снимки позволяют создавать блоковые модели истории формирования, динамики и прогноза развития ландшафт­ных систем на региональном и локальном уровнях; отражают ре­альную картину загрязнений, распространения процессов опусты­нивания и т. п. Однако на спутниковых изображениях не видны многие признаки состояния растительности, которые могут быть получены лишь в результате локальных наземных исследований.

Объединение дистанционных и контактных средств экологичес­кого мониторинга в единую систему позволяет повысить оперативность получения и достоверность информации, необходимой для оценки экологической обстановки в районе действия войск или сил флота.

3.3. Оценка экологической обстановки

В результате экологических нагрузок, вызываемых различны­ми видами воздействий на окружающую среду деятельности соеди­нений и частей, может возникать сложная экологическая обстанов­ка, влияющая на боеготовность войск, состояние здоровья военно­служащих и населения жилых городков и в конечном счете на эф­фективность выполнения боевых задач как в мирное, так и в воен­ное время. Все это обусловливает постановку сравнительно новой задачи в управленческой деятельности команди­ров и штабов по подготовке и принятию решений, организации мероприятий и контролю недопущения или снижения экологичес­кого ущерба. Одним из определяющих условий осуществления этого направления деятельности является знание возможной или сложив­шейся экологической обстановки в районе военного объекта.

Под оценкой экологической обстановки понимается совокуп­ность мероприятий, направленных на выявление количественных и качественных характеристик загрязнения окружающей среды в позиционном районе соединений и частей и оценку их экологичес­кой опасности для деятельности личного состава и здоровья насе­ления. Главная задача оценки экологической обстановки состоит в определении степени влияния неблагоприятных экологических по­следствий на боеспособность личного состава.

Целью оценки экологической обстановки является обеспечение своевременного и эффективного принятия мер экологической за­щиты соединений и частей.

Основными объектами при оценке экологической обстановки являются атмосферный воздух, водные источники, почва. Оценка экологической обстановки проводится периодически в процессе повседневной деятельности войск и во внеплановом порядке при возникновении аварий и катастроф естественного и антропогенно­го происхождения. Оценка экологической обстановки может про­водиться применительно к последствиям производственной- и бы­товой деятельности, крупных аварий на транспорте и производстве.

При этом методическое обеспечение имеется в относительно завер­шенном виде для условий химического загрязнения воздуха и вод­ных источников. Оценка последствий параметрических (физичес­ких) загрязнений сводится, по сути, к контролю, т.е. приборным измерениям параметров и сравнению их с нормативными требова­ниями.

Содержанием оценки экологической обстановки является выяв­ление и определение характеристик потенциально опасных источ­ников экологического загрязнения; оценка метеорологической обста­новки, анализ рельефа местности и растительного покрова и их воз­можного влияния на распространение экологических загрязнений; оценка качества воздуха, воды в водоемах и загрязненности почв в районах дислокации (позиционных районах), боевой подготовки.

Оценку последствий экологических загрязнений осуществляют командир и штаб с привлечением начальника экологической служ­бы. При оценке экологической обстановки учитываются экологи­ческие загрязнения, создаваемые посторонними источниками, уда­ленными на расстояние до 20-30 км от мест размещения частей и подразделений, а также трансграничные переносы.

Выявление, оценка и контроль экологической обстановки ве­дутся с помощью системы экологического мониторинга.

Рассмотрим содержание решения задач оценки экологической обстановки. Сначала выявляются все потенциально опасные объек­ты в местах дислокации воинских частей, откуда могут непосред­ственно распространяться ингредиенты загрязнения воздуха и воды. Основные выявляемые показатели потенциально опасных объек­тов: местонахождение, характер производства, выброса в атмосфе­ру и сброса в водные источники, виды загрязняющих веществ, их масса, интенсивность и продолжительность выбросов (сбросов).

Параллельно осуществляется сбор и анализ статистических дан­ных по метеообстановке: наиболее вероятное направление и ско­рость приземного ветра по месяцам года, степень вертикальной устойчивости приземного воздуха, характеристика осадков, темпе­ратура воздуха и воды в источниках. По данным такой оценки оп­ределяют наихудший вариант экологических загрязнений. Ана­лиз рельефа местности заключается в оценке его влияния на рас­пространение ингредиентов загрязнения воздуха и водных источ­ников, где осуществляются водозаборы военных объектов.

Оценка качества атмосферного воздуха, воды в водоемах, заг­рязненности почвы проводится с использованием стандартизован­ных или аттестованных в установленном порядке методик измере­ний.

Формулировка общих выводов по экологической обстановке разрабатывается штабом на основе заслушивания результатов ре­шения рассмотренных выше задач.

Организация оценки экологической обстановки включает не­сколько этапов:

• Постановка задачи на оценку экологической обстановки. Как правило, в период подготовки к новому учебному году или при существенном ухудшении экологической обстановки в регионе, а также при возникновении промышленно-транспортных аварий и прогнозе природных катастроф начальник военного объекта на основе изучения руководящих документов по охране окружающей среды и указаний вышестоящих органов управления ставит задачу штабу и службам по организации и проведению оценки экологи­ ческой обстановки. При этом командир определяет цель и объем проведения оценки, круг привлекаемых должностных лиц [10].

• Выработка начальных условий. Начальник штаба объекта организует работу должностных лиц в соответствии с изложенным выше распределением: по оценке потенциально опасных объектов, метеорологической обстановке по периодам года, по анализу то­пографической обстановки. По данным оценки на совместном со­вещании исполнителей вырабатываются исходные данные по этим показателям. Начальник штаба докладывает исходные данные и после утверждения ставит задачу исполнителям на проведение рас­ четов параметров экологической обстановки.

• Проведение расчетов параметров экологической обстанов­ки. Должностные лица военного объекта проводят расчеты пара­ метров экологической обстановки. Кроме расчетного метода могут использоваться результаты измерения на контрольных пунктах ме­стных экологических служб, замеры концентрации вредных веществ в воздухе, воде и почве. Начальник экологической службы объекта обобщает результаты расчетов [11].

Результаты оценки экологической обстановки целесообразно наносить на рабочую карту соответствующего командира или на самостоятельно оформленную карту экологической обстановки на объекте. Во всех случаях на карту наносятся: источники загрязне­ния; местные и региональные природоохранные объекты; зоны за­ражения при авариях на потенциально опасных объектах; заповед­ники и районы с неблагоприятной экологической обстановкой; таб­лицы с результатами оценки экологической обстановки при повсе­дневной деятельности, авариях и природных катастрофах.