Практичні заняття

ТЕМА: ПЛАНУВАННЯ ТА ЗДІЙСНЕННЯ МОНІТОРИНГОВИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ, ОБРОБКА І АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ МОНІТОРИНГУ ДОВКІЛЛЯ

1. Планування моніторингових спостережень та розроблення програми екологічного моніторингу

1.1. Формулювання мети і задач досліджень

Неточно спланована справа вимагає у три рази більше часу, ретельно спланована – тільки в два рази. Ефективність екологічного моніторингу довкілля вирішальним чином залежить від правильності його організації, обґрунтованості вибору об’єктів спостережень та досліджень, видів, обсягів і методик проведення останніх. Можна здійснювати моніторинг роками і не отримати значимих результатів. У той же час, попереднє вивчення ситуації й аналіз можливих впливів дозволяють за допомогою декількох вимірювань з’ясувати основні причини існуючих проблем та намітити головні напрями їх вирішення.

Загальна послідовність робіт по розробці і впровадженню системи моніторингу довкілля наведена на рис. 1.

Перед тим, як розпочинати будь-які дії з моніторингу довкілля, необхідно чітко сформулювати довгострокові цілі та проміжні задачі досліджень. При цьому необхідно, щоб визначені цілі були конкретними, досяжними і їх можна було б перевірити – останнє є суттєвим для забезпечення можливості контролю за виконанням програми моніторингу та внесення в неї коректив.

В цілому програма моніторингу повинна відповідати таким вимогам:

•бути науково обґрунтованою;

•бути достатньо гнучкою, допускати перегляд задач і підходів на підставі отримуваних результатів;

•давати значимі результати, тобто такі, що несуть змістовну інформацію, яку можна інтерпретувати;

•бути економічно ефективною, повністю керованою і контрольованою з точки зору матеріальних та часових обмежень.

Головна мета будь-якої програми моніторингу – інформаційна.

Результатом впровадження системи моніторингу має бути отримання інформації, усунення тієї чи іншої невизначеності або, навпаки, виявлення браку інформації. Так, основною метою створення державної системи моніторингу довкілля в Україні визначено:

•підвищення рівня адекватності інформаційної моделі дійсному екологічному стану довкілля, що формується на основі даних систематичних

спостережень, які здійснюють спеціальні служби міністерств і відомств, підприємства, організації та установи в порядку виробничо-інформаційної діяльності і науково-дослідних робіт;

•підвищення оперативності одержання та достовірності первинних даних за рахунок використання досконалих методик, сучасних контрольновимірювальних приладів і засобів комп’ютеризації процесів збирання, накопичення та оброблення екоінформації на всіх рівнях державного управління і місцевого самоврядування;

•підвищення рівня та якості інформаційного обслуговування користувачів екоінформації на всіх рівнях функціонування системи на основі мережевого доступу до розподілених відомчих та інтегрованих банків даних, комплексного оброблення і використання інформації для прийняття відповідних рішень;

•підвищення якості обґрунтування природоохоронних заходів та ефективності їх здійснення;

•сприяння розвитку міжнародного співробітництва у галузі охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та екологічної безпеки.

Під задачами, в загальному, розуміють конкретні дії чи етапи на шляху досягнення поставленої мети. В будь-якому випадку задачі підпорядковуються цілям. У рамках грамотно складеної програми не може бути задач, що виходять за межі мети чи не мають до неї відношення. Так, наприклад, основні задачі систематичних спостережень за якістю поверхневих вод в системі державного екологічного моніторингу можна сформулювати так:

•систематичне отримання як окремих, так і усереднених у часі та просторі даних про якість води;

•забезпечення господарських органів, а також заінтересовані державні і громадські організації систематичною інформацією та прогнозами змін гідрохімічного режиму і якості вод водойм та водотоків, а також екстренною інформацією про різкі зміни забруднення вод.

До задач спеціальних спостережень і досліджень, що визначаються в кожному конкретному випадку, відносяться:

•встановлення основних закономірностей процесів самоочищення;

•визначення впливу нагромаджених у донних відкладах забруднюючих речовин на якість води;

•складання балансів хімічних речовин водойм чи ділянок водотоків;

•оцінка винесення хімічних речовин через замикаючі створи річок, з колекторно-дренажними водами тощо.

ПРОГРАМА МОНІТОРИНГУ

Рис. 1. Основні компоненти системи екологічного моніторингу (за В. Ізмалковим, 1994)

1.2. Визначення пріоритетів моніторингу – об’єктів та параметрів, що визначатимуться

Чим незначнішою на перший погляд є зміна, тим більше непередбачуваних наслідків вона спричинить. Намагання вимірювати все у всьому, яке, зазвичай, спонтанно виникає у дослідників, є найвірнішим шляхом у тупик. Навіть якщо суб’єкти моніторингу, які здійснюють спостереження – підприємства, організації чи установи, можуть дозволити собі достатньо обширні дослідження, завжди слід ставити питання, а чи необхідно вимірювати все, що можна виміряти. У більшості ж випадків обмежені ресурси суб’єктів моніторингу жорстко визначають необхідність

скорочення програм вимірювань при збереженні якомога вищої якості отримуваних результатів. Тому, виходячи з поставленої мети, слід визначити пріоритети екологічного моніторингу, об’єкти досліджень та параметри, що визначатимуться. Ретельний попередній аналіз ситуації та грамотно складена, з урахуванням пріоритетів, схема моніторингу значно підвищать ефективність роботи і дозволять найпростішими методами та у найкоротші строки виявити найбільш гострі екологічні проблеми в реґіоні та з’ясувати їх причини.

Під об’єктами моніторингу розуміють як природні об’єкти (суб’єкти впливу), так і джерела антропогенного впливу на них. Так, наприклад, якщо мета програми моніторингу пов’язана з дослідженням стану ріки, то об’єктами спостережень, окрім самої ріки, мають бути також підприємства чи конкретні випуски зворотних вод, які впливають на якість води в річці. Якщо досліджуватиметься стан довкілля у забрудненому міському районі, визначення пріоритетів може розпочатися з вибору компонентів навколишнього середовища для здійснення спостережень: атмосферного повітря, води, ґрунту, снігового покриву тощо. В деяких випадках вибір об’єктів однозначно виходить з існуючої проблеми, а інколи – є нетривіальною задачею. Як правило, спочатку на підставі сформульованих цілей і задач вибирають об’єкти моніторингу, а потім – параметри, що визначатимуться. Проте можливий і зворотний порядок, особливо, якщо заздалегідь відомо, що існуюча проблема пов’язана з певною речовиною (наприклад, із ртутним забрудненням).

Для того, щоб робота була ефективною, необхідно ретельно проаналізувати ситуацію до початку вимірювань і визначити пріоритетні об’єкти та параметри, які дійсно необхідно дослідити. Немає необхідності постійно вивчати вміст у повітрі, воді і ґрунті тих компонентів, які не належать до локальних чи реґіональних антропогенних або природних пріоритетних забруднюючих речовин, а також до продуктів їх трансформації у навколишньому середовищі.

Перед формуванням довгострокової програми моніторингу доцільно провести рекогносцирувальні (попередні) дослідження. На цьому етапі важливим є збір всієї наявної інформації з проблеми, що вивчається, та її аналіз. Будь-які існуючі відомості слід використовувати ефективно, навіть якщо в них є якісь очевидні неточності чи “білі плями”.

Одним з ефективних способів вибору пріоритетів є картування джерел впливу та складання їх попередніх “портретів” за літературними даними. Список портретних характеристик служитиме підґрунтям для інтерпретації результатів вимірювань. Відсутність якого-небудь зв’язку між типовим

забрудненням та характером зареєстрованих джерел забруднення у реґіоні може служити ознакою міжреґіонального перенесення речовин, специфічних властивостей місцевості чи, що особливо важливо, існування невиявлених джерел впливу на довкілля.

Важливу роль у створенні раціональної мережі спостережень для моніторингу навколишнього природного середовища відіграє екологічне районування території, яке дозволяє виявити і оцінити фактори, що впливають на початкове розповсюдження забруднюючих речовин та наступну їх міграцію і накопичення, що, у свою чергу, необхідне для обґрунтування вибору об’єктів спостережень з урахуванням мінімізації обсягів вимірювань і забезпечення представницьких та рівноточних даних на всій досліджуваній території.

Рекогносціювати (від лат. recognoscere – розглядати) – здійснювати

досліджень неможливо, користуються принципом побудови системи моніторингу з використанням ієрархії таксономічних одиниць (таксонів), на які розподіляють всю територію, і вибирають репрезентативні екологічні полігони та пункти (об’єкти, місця) спостережень.

Таксономія(від гр. taxis– розташування, устрій, порядок іnomos– закон)

– теорія класифікації і систематизації складно організованих областей дійсності, які, зазвичай, мають ієрархічну будову (органічний світ, об’єкти географії, геології тощо). Термін був запропонований у 1813 р. швейцарським ботаніком О. Декандолем і довгий час використовувався як синонім систематики. У60-70-і рр. ХХ ст. виникла тенденція визначати таксономію як розділ систематики, як вчення про систему таксономічних категорій, що позначають співпорядковані групи об’єктів – таксони.

Фації (від лат. facies – зовнішність, форма) – під сучасними фаціями розуміють ділянки земної поверхні з однаковими фізико-географічними умовами, флорою й фауною. Розрізняють фації морські, лагунні та континентальні.

Значною мірою сама природа та система життєдіяльності суспільства визначили різні за розмірами та екологічною значимістю таксони: ландшафти, заповідники, водозбірні басейни, басейни підземних вод, екзогенні утворення, міські агломерації, агропромислові комплекси тощо. В основу екологічного районування території покладено головну ідею геохімії ландшафтів, яка полягає в тому, що всі компоненти природного середовища зв’язані між собою потоками речовини та енергії в єдине ціле і утворюють різні за ступенем складності, сталості, щільності прямих і зворотних зв’язків

та типами функціонування природні ландшафтно-геохімічні системи.

Елементарна ландшафтно-геохімічна система – це частина території або акваторії, в межах якої якісний склад і напруженість міграційних потоків між компонентами ландшафту (приземними шарами атмосфери, гірськими породами, рослинністю, поверхневими та підземними водами) є подібними настільки, що це призводить до формування на суші одного різновиду ґрунтів, а в акваторії – однієї фації донних відкладень. Саме ґрунти і донні відкладення водойм є тими блоками ландшафтно-геохімічних систем, в яких накопичуються техногенні речовини, вони несуть найбільшу інформацію про різного роду техногенні аномалії. Екологічне районування довкілля здійснюють на підставі попереднього вивчення природно-техногенних умов території спостережень за допомогою існуючих аналітичних і картографічних матеріалів та проведення польових рекогносцирувальних робіт. У загальному випадку попереднє районування території і вибір полігонів для екологічних досліджень та екомоніторингу довкілля здійснюють з використанням таких карт:

•карти ландшафтно-геоморфологічного районування - дозволяють оцінити природні умови реґіону, інтенсивність і спрямованість сучасних екзогенних геологічних процесів, виділити ландшафтні системи за їх типом та екологічними характеристиками;

•карти землекористування - за ними оцінюють інтенсивність і характер господарського використання території та визначають ступінь порушення природних ландшафтних систем;

•карти розміщення техногенних об’єктів - за ними встановлюють найбільш небезпечні об’єкти – джерела забруднення та їх спеціалізацію за впливом на природне середовище, оцінюють техногенне навантаження на сучасний ландшафт і визначають контури геохімічних полів та аномалій;

•монокомпонентні і синтетичні карти забруднення важкими металами, пестицидами тощо ґрунтів, води, донних відкладень,

рослинності, які служать основою для визначення фонових рівнів забруднення і їх просторового розподілення, встановлення генетичних і геоміграційних зв’язків полів забруднення з техногенними об’єктами, природними джерелами, геохімічними перетвореннями;

•гідрогеологічні (гідрофізичні) карти зони аерації – їх використовують для визначення і оцінки сорбційно-міграційних параметрів ґрунтів зони аерації, потенційної можливості міграції забруднюючих речовин і природної захищеності ґрунтових та підземних вод від забруднення;

•гідрогеохімічні карти, які дозволяють установити характер і рівні техногенного забруднення поверхневих та підземних вод, просторових і

генетичних (геоміграційних) зв’язків забруднення вод з аномальними техногенними полями в інших компонентах навколишнього середовища;

•карти розподілення радіонуклідів (цезію, стронцію, плутонію тощо) в ґрунті, донних відкладах, рослинності, за якими здійснюють оцінку характеру просторового розповсюдження і рівнів радіоактивного забруднення різних компонентів природного середовища.

Обґрунтований вибір екологічних полігонів зумовлюється:

•достатньою екологічною вивченістю стану ґрунтів, рослинності, води, атмосфери, ландшафтно-геохімічних умов території (наявності ділянок стійкого аномально високого техногенного забруднення, ділянок з фоновими рівнями вмісту забруднюючих речовин);

•наявністю в межах полігону надійних індикаційних біооб’єктів;

•можливістю комплексного використання полігону для різномасштабних екологічних досліджень, контролю (інспекційних перевірок) та екомоніторингу довкілля.

Вибір представницьких екологічних полігонів і об’єктів спостережень є однією з найбільш відповідальних робіт у створенні та ефективному функціонуванні державної, реґіональних і локальних систем екомоніторингу, кожна з яких ґрунтується на певному просторовому масштабі вивчення екологічного стану відповідної території.

Відповідно до масштабу екологічного моніторингу довкілля утворюють мережу пунктів спостережень (див. розділ3.1.3), щільність якої визначається необхідною детальністю вимірювань і просторовим представництвом отриманих даних. Різномасштабні (рівневі) елементи екомоніторингу повинні бути позиційно сумісними і утворювати єдину мережу спостережень, здатну надавати повну інформацію про стан тієї чи іншої території на підставі показників властивостей компонентів довкілля. Регулярна мережа пунктів спостережень має забезпечувати порівнянність результатів різномасштабних спостережень, просторову (топографічну) прив’язку об’єктів і даних спостережень, можливість їх картографічного відображення та інтерпретації результатів досліджень, комп’ютерного оброблення даних для моделювання екологічних ситуацій, виконання балансових і прогнозних оцінок тощо.

Після районування території і формування мережі пунктів спостережень здійснюють рекогносцирувальний контроль з метою отримання первісної оцінки екологічної обстановки в зоні спостережень, виявлення пріоритетних для даної території забруднюючих речовин і показників якісного стану довкілля, визначення бар’єрів на шляхах міграції забруднюючих речовин та оцінки рівнів забруднення території.

Рекогносцирувальний контроль здійснюють у мінімальному обсязі і тільки на найбільш представницьких для даної території ландшафтах чи їх

елементах, які відображають можливий вплив техногенних об’єктів, розташованих на цій території чи поряд з нею. Разом з тим спостерігаються і контрольні (базові) елементи ландшафту, забруднення яких майже не залежить від техногенного оточення. До складу рекогносцирувальних робіт можуть бути включені такі:

•обстеження основних техногенних об’єктів і встановлення меж їх суттєвого впливу на природне середовище(з урахуванням переважаючих напрямів вітру, поверхневого стоку вод в межах водозборів, геохімічних бар’єрів тощо);

•відбір проб ґрунтів, біоти, поверхневих і підземних вод, донних відкладень для визначення аномальних і фонових рівнів забруднення природного середовища.

Обговорюючи питання вибору методів вимірювань при рекогносцирувальних дослідженнях, слід наголосити, що організація власне аналітичних вимірювань на цьому етапі не є самоціллю (тим більше вимірювань, що потребують застосування коштовного і складного обладнання). Значну роль у рекогносцирувальних дослідженнях можуть відіграти якісні та напівкількісні методи аналізу. Рекогносцирувальні дослідження (особливо такі, що ґрунтуються на принципі пошуку маркерних забруднень) цілком можливо здійснювати, використовуючи мінімум засобів вимірювань.

Вибір пріоритетних показників стану довкілля значною мірою залежить від розташованих на досліджуваній території техногенних об’єктів: промислових і гірничодобувних підприємств, енергетичних комплексів, житлово-промислових агломерацій, транспортних магістралей, а також сільгоспугідь з інтенсивним агровиробництвом.

Так, наприклад, для водних об’єктів зручно встановлювати так звані маркерні характеристики, які дозволяють скласти враження про загальний характер забруднення, не здійснюючи повної програми вимірювань. Деякі корисні відомості про те, які параметри можна віднести до маркерних, тобто до таких, що відображають процеси у водному середовищі або свідчать про ймовірне неблагополуччя, спричинене тими чи іншими факторами впливу, встановлення яких може здійснюватися безпосередньо на місці і не потребує значних витрат часу та складної приладової бази.

ТЕМА Моніторинг територій

Під час проведення моніторингу територій слід визначити межі досліджуваної території і намітити площі для локальних досліджень. Дослідження здійснюють згідно комплексної програми за такими розділами:

-фізико-географічна характеристика досліджуваної території,

-характеристика ключових ділянок з найхарактернішими для даної місцевості умовами (природними фаціями та антропогенним впливом),

-екологічна оцінка природних середовищ і об’єктів (повітря, вода, ґрунт, біота) на ключових ділянках, оцінка фізичного розвитку і стану здоров’я населення.

Фізико-географічна характеристика досліджуваної території, географічне положення

Вихідним показником географічного положення території є його координати (градуси і хвилини широти і довготи). Другий компонент географічного положення території – її приналежність до певного природнотериторіального комплексу (ПТК): природної зони, підзони, фізикогеографічної провінції, типу місцевості (як таксономічної одиниці районування ландшафтів) тощо. Ці властивості легко знайти в краєзнавчій літературі.

Після уточнення параметрів географічного положення слід накреслити розу вітрів.

Макрорельєф місцезнаходження території є одним із факторів, який впливає на міграцію забруднювачів поверхневих вод й ґрунтового покриву. До типових форм макрорельєфу відносяться плоскі водороздільні узгір’я, водороздільні гряди (зазвичай з покатими схилами); горбисті незграбні водорозділи; низини різного походження; річкові долини, нагір’я (плато); гори.

Мезорельєф і мікрорельєф

В межах форм макрорельєфу виокремлюють мезорельєф. До найбільш розповсюджених його форм відносять яри, балки, лощини, надпойменні тераси річок, річні пойми, вершини й схили водо роздільних підйомів. Під час описи цих форм відзначають їх морфологічні показники: відносна висота, глибина, широта, довжина, форма схилу тощо.

Мезорельєф сильно впливає на розподіл теплоти і вологи на поверхні мікрорайону. Ще в більшій мірі від мезорельєфу залежать розподіл водотоків і рівень залягання ґрунтових вод, тобто водний режим ґрунтів. Від форм мезорельєфу залежить мікроклімат, а також в значній мірі інтенсивність ерозійних процесів.

На поверхні форм мезорельєфу може виділятися також мікрорельєф. Зазвичай його виокремлюють під час опису грунтових розрізів на ключових ділянках. До мікрорельєфу відносять ледь помітні горбики, кочки, блюдце подібні западинки (мікропониження), невеликі уступи, промоїни. Дуже

важливо і бажано встановлювати їх форму й частоту повторюваності на певній ділянці (10 м2, 100 м2 тощо). Дуже часто під час опису ґрунтового розрізу просто відзначають «мікрорельєф рівнинний» (пологий, покатий тощо).

Мікроклімат

Навіть в межах території мікрорайону від впливом місцевих умов (дрібних форм мікрорельєфу, експозиції схилу, ґрунтових особливостей, характеру рослинного покриву тощо) створюються особливі умови, які отримали назву мікроклімат. Для здійснення мікрокліматичних спостережень потрібне регулярне одночасне вимірювання температури і вологості повітря на двох рівнях: - в приземному шарі на висоті 0 – 20 см від поверхні ґрунту, - на висоті людського зросту , 150 – 200 см від поверхні грунту. Під час всіх вимірювань температури термометр повинен знаходитися в тіні. Під час спостереження мікроклімату в різних фітоценотичних умовах (ліс, лука, засіяний агроценоз, парове поле тощо) чітко прослідковується вплив рослинності на мікроклімат приземного шару повітря. Особливо великий вплив лісу, зберігається висока вологість.

На мікрокліматичні умови великий вплив має мезорельєф та експозиція схилів. Влітку пониження мезорельєфу більше прогріті в порівняні з підвищеннями, частіше спостерігаються тумани і роси. Взимку за ясної погоди в низинах температура нижча, ніж на узгір’ях. Спостерігається також різниця в температурному режимі схилів північної і південної експозиції. Ця мікрокліматична різниця в рамках однієї й тієї ж форми мезорельєфу позначається і на структурі фітоценозів. У містах мікрокліматичний вплив проявляється в меншій мірі ніж в сільській місцевості. Тут на передньому плані відображається вплив антропогенного фактору. До його основних компонентів відносяться: асфальтована поверхня ґрунту, кам’яні і бетонні стіни будівель, пожвавлені транспортні магістралі, труби теплотрас, заводи, електростанції, джерела теплоти і аерозольного забруднення тощо. Тому мікроклімат міст зазвичай є специфічним. Порівняно з передмістям у них вища температура повітря, нижчий рівень інсоляції, частіше спостерігаються тумани.

Ґрунти

Вихідною умовою для поділу ґрунтів на типи слугує поєднання ґрунтоутворюючих факторів. До головних із них відносять:

-літо генна основа (геологічна будова), від якої залежить механічних склад й геохімічні особливості ґрунту;

-рослинність, яка забезпечує органічну частину ґрунту;

-гідротермічні (кліматичні) умови, які визначають тепловий і водний

режим ґрунтів.

У процесі розвитку ґрунтів під дією перерахованих факторів формуються горизонти вертикального ґрунтового профілю. До них відносяться:

А0 – нерозкладені залишки рослин (хвоя, лишайники, деревина);