Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мониторинг от приложений к общей теории. Монография
.pdf
среды и возможного экологического ущерба используются следующие величины: предельно допустимые концентрации (ПДК) для
оценки допустимого количества воздействующего вещества в среде; предельно допустимые дозы для оценки допустимого эффекта
воздействия; предельно допустимые выбросы (ПДВ) для оценки
допустимой интенсивности источника загрязнений; предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) для оценки допустимой
экологической нагрузки на отдельную экосистему или в рамках
целого региона [Израэль, 1979: 170–171].
Неотъемлемой частью мониторинга служат прогноз и оценка
состояния природной среды. Прогноз основывается:
– на сборе данных о прошлом и настоящем состоянии среды;
– на изучении полученных данных и выявлении содержащихся
в них тенденций;
– на результатах исследований, позволяющих выявить законо-
мерности динамики загрязняющих веществ и реакции биоты
на различные воздействия.
На первом этапе прогноза составляются различные сценарии
изменения интенсивности источников воздействия во времени и
пространстве (в частности, «нулевой» сценарий отсутствия источников загрязнения). Далее разрабатывается прогноз возможных
изменений в биосфере вследствие имеющихся и предполагаемых
по сценарию воздействий [Израэль, 1979: 172–173].
Тесно примыкает к проблематике мониторинга вопрос об экологическом нормировании. Здесь необходимо иметь в виду, что
принципы экологического нормирования отличаются от принципов
установления санитарно-гигиенических ПДК для здоровья человека. При выработке последних необходимо обеспечить отсутствие
каких бы то ни было отклонений состояния здоровья и даже заметных реакций на воздействие в настоящем и будущем, поэтому
санитарно-гигиеническое нормирование является более жестким.
Экологические нормы призваны обеспечить «здоровье» экосистемы
в целом, поэтому гибель отдельной особи или нескольких особей
не является критической с точки зрения нормирования состояния
экосистемы или сообщества.
На практике достаточно сложно определить величину воздействия, начиная с которой возникает угроза для экосистемы в целом.
11
Поэтому целесообразно выделять наиболее важные в структурнофункциональном отношении виды, нежелательные изменения в
состоянии которых можно считать индикатором опасности для
всей экосистемы. Правда при таком подходе не исключено, что
пострадают «хрупкие» виды, более чувствительные к воздействию,
поэтому для особо охраняемых (например, заповедных) территорий
нормативные требования приходится ужесточать, приближаясь к
санитарно-гигиеническому подходу.
Помимо нормирования состояния экосистем, необходимо
нормировать воздействие на них с учетом параметров силы и интенсивности. Здесь нужно установить параметры воздействия, при
превышении которых происходит потеря устойчивости экосистемы.
Часто в качестве критического значения (например, концентрации
загрязняющего вещества) принимают такое, которое ведет к гибели
половины особей в популяции.
Следует отметить, что полный анализ последствий воздействия требует учета трансформации загрязняющих веществ в
различных природных средах и возможного совместного действия
различных загрязняющих веществ. Существенное значение имеет
также накопление вредных веществ в природных средах и живых
организмах (трофических цепочках), которое может приводить к
нежелательным кумулятивным эффектам. Эти явления еще недостаточно изучены и в большинстве случаев могут оцениваться
лишь приблизительно.
Классификация мониторинга может проводиться по различным
признакам. Так, по уровням можно выделять локальный, региональный и глобальный (биосферный) мониторинг. По видам различают геофизический, биотический, климатический, экологический
(комплексный) мониторинг. С точки зрения объекта выделяются
мониторинг поверхностных вод, атмосферы, почвы, подземных вод,
геологической среды. С другой стороны, можно классифицировать
мониторинг по учитываемым источникам (промышленность, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство, транспорт, энергетика
и т. п.) и факторам (загрязнения, излучения и т. д.) воздействия.
В соответствии с целями выделяются режимный, оперативный (при
возникновении опасных ситуаций) и специальный мониторинг.
Центральное место в этой системе занимает экологический
мониторинг, носящий комплексный характер. Необходимость
12
создания международной системы экомониторинга объясняется
следующими причинами: многие экосистемные процессы до сих
пор недостаточно изучены, поэтому их мониторинг мог бы обеспечить расширение экологических знаний и тем самым повысить
надежность прогнозов на ближайшие десятилетия; разработка
эффективных стратегий управления экосистемами невозможна без
систематического наблюдения за ними; антропогенные возмущения экосистем в настоящее время могут сказаться на их будущих
изменениях, что может быть зафиксировано только в режиме организованного адаптивного мониторинга; долговременные наблюдения за экосистемами обеспечивают своевременное обнаружение
начала негативных последствий их антропогенного изменения;
экологический мониторинг позволит идентифицировать и систематизировать происходящие в биологических сообществах изменения
[Spellenberg, 2005].
Экологический мониторинг включает наблюдения, оценку и
прогноз антропогенных изменений состояния как абиотической,
так и биотической составляющей биосферы, в том числе изучение
реакции экосистем на воздействия, а его конечным результатом
является оценка экологического равновесия. В качестве интегральных показателей экологического равновесия используются:
– сбалансированность биологической продуктивности (отношение
первичной биологической продукции к вторичной);
– скорость образования биопродукции (отношение продуктивности
к общей биомассе);
– интенсивность биологического круговорота [Израэль, 1979: 208,
211].
Экологический мониторинг должен осуществляться на локальном, региональном и глобальном уровнях. Локальный мониторинг
особенно важен в местах повышенной экологической опасности, где
он может служить основой для принятия немедленных мер, а также в слабо затронутых человеческой деятельностью районах – для
определения фонового состояния.
Центральное место в иерархической структуре занимает региональный мониторинг, включающий в себя наблюдения, прогноз и
оценку состояния окружающей среды на определенной территории
(выделенной по административному или, реже, географическому
13
признаку). Подходы к оптимизации структуры регионального экологического мониторинга и организации региональных информационно-аналитических систем поддержки мониторинга описываются
во втором и третьем параграфах данной главы.
Ведущей современной концепцией взаимодействия общества
и природы на глобальном уровне служит концепция устойчивого
развития.
Понятие устойчивого развития получило большую популярность в научных, политических и общественных кругах на
протяжении последнего десятилетия, после Конференции ООН по
окружающей среде и развитию 1992 г. в Рио-де-Жанейро. Однако
единство в трактовке этого понятия пока отсутствует, хотя и можно
выделить ряд признаваемых большинством исследователей его существенных условий: выполнение как требований экономического
развития, так и требований экологического равновесия; соблюдение
этих требований на бесконечном или, по крайней мере, весьма
длительном интервале времени; необходимость иерархического
управления устойчивым развитием, обеспечивающего согласование
несовпадающих интересов при непременном выполнении ключевых
требований.
Решение задач устойчивого развития требует солидного информационного обеспечения, которое на должном уровне пока
отсутствует. Детальная программа разработки информационного
обеспечения глобальных экологических исследований (геоинформационного мониторинга) предложена в монографии [Кондратьев
и др., 2005].
Как отмечают авторы монографии, далеко не во всех странах
существуют единые мониторинговые системы. Проводимые в различных странах наблюдения и исследования состояния окружающей среды разрознены, отсутствуют единые стандарты представления и хранения информации. Поэтому кажется целесообразным
создание международного Центра информационного обеспечения
экологических исследований, цели и задачи которого определяются
следующим образом:
– подготовка информации о распределении экологических данных
в мировых и национальных центрах сбора сведений о состоянии
окружающей среды;
14
– синтез тематических баз данных, ориентированных на подде-
ржку приоритетных национальных и международных программ
изучения окружающей среды;
– координация баз данных, имеющихся в научных организациях
различных стран;
– разработка каталогов данных и обеспечение оперативного ши-
рокого доступа потребителей к этим данным;
– обеспечение выхода ведомственных и национальных тематичес-
ких баз данных в международные информационные сети;
– разработка стандартов представления данных в системах гео-
информационного мониторинга, координация исследований в
области создания новых информационных технологий обработки
экологических данных;
– информационное обеспечение сетей интерактивного взаимо-
действия Центра с пользователями по вопросам поддержки
аппаратного и программного обеспечения;
– проведение научных конференций по проблемам информаци-
онного обеспечения экологических исследований [Кондратьев
и др., 2005: 144–145].
Авторы монографии подразделяют экомониторинг на три ос-
новных направления:
1. Экосоциология – изучение воздействия человеческого
общест ва на природную среду и взаимодействий в системе «человеческое общество–природная среда».
2. Экоинформатика – регистрация, хранение, передача, анализ, синтез, моделирование и представление информации о состоянии природной среды.
3. Экотехнология – создание технологий и технических средств
с минимальным воздействием на природную среду и организм
человека.
Соответственно, структура региональных центров экомониторинга также должна включать три указанных раздела со следующими функциями.
Экосоциология – анализ и прогноз в системе «человеческое
общество–природная среда», природоохранные мероприятия, принятие решений и взаимодействие с властными структурами.
Экоинформатика – прием и анализ космической информации,
аэросъемка с мобильным авиаотрядом, наземные наблюдения с се-
15
тью датчиков и наземных станций, контроль здоровья населения,
моделирование и поддержание экологической модели региона,
информационно-вычислительный центр.
Экотехнология – экоанализ промышленных предприятий,
экоанализ добывающей промышленности, контроль за соблюдением
технологий, экспертиза технологических и технических решений
[Кондратьев и др., 2005: 170–171, 173].
Указанная трактовка мониторинга является весьма расширительной и скорее характеризует систему всестороннего анализа и
управления природной средой. С другой стороны, предложенные
функции можно дополнить: так, во втором разделе отсутствует мониторинг поверхностных вод, а в третьем – экологический анализ
сельского и коммунального хозяйства, транспорта и т. д.
Рассмотрим более подробно мониторинг поверхностных вод –
одну из наиболее разработанных систем мониторинга в России
[Никаноров, 2005]. Основу нормативно-правовой базы этой системы
образуют федеральные законы ¹ 7-ФЗ от 10.01.2002 «Об охране
окружающей среды» и ¹ 167-ФЗ от 16.11.1995 «Водный кодекс
Российской Федерации», а также Постановление Совета Министров – Правительства Российской Федерации от 24.11.1993 «О создании единой государственной системы экологического мониторинга»
и Постановление Правительства РФ от 14.03.1997 «Положение о
ведении государственного мониторинга водных объектов». Государственный мониторинг проводится Государственной службой
наблюдений за состоянием окружающей природной среды, которая
осуществляется Федеральной службой России по гидрометеорологии
и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и Министерством
природных ресурсов России (МПР) при участии других органов
исполнительной власти РФ и субъектов РФ через систему пунктов
наблюдений (Постановление Правительства РФ от 23.08.2000 ¹ 662
«Положение о государственной службе наблюдений за состоянием
окружающей природной среды»).
В соответствии с Положением о государственном мониторинге
водных объектов, целями мониторинга являются:
– своевременное выявление и прогнозирование развития негатив-
ных процессов, влияющих на качество воды и состояние водных
объектов, разработка и реализация мер по предотвращению
вредных последствий этих процессов;
16
– оценка эффективности осуществляемых водоохранных меро-
приятий;
– информационное обеспечение управления и контроля в области
использования и охраны водных ресурсов.
Система мониторинга должна удовлетворять следующим тре-
бованиям:
– обеспечивать получение полной, достоверной и сопоставимой
информации о состоянии водного объекта и источников воздействия на него;
– обеспечивать получение информации в масштабе времени,
дающем возможность оперативного принятия управленческих
решений, в том числе при возникновении опасных ситуаций,
связанных с аварийным загрязнением водных объектов;
– обеспечивать получение информации для удовлетворения
потребностей управления водными объектами на локальном,
территориальном, региональном (бассейновом) и федеральном
уровнях;
– обеспечивать своевременное доведение информации до потре-
бителя;
– строиться по унифицированным методологическим и методи-
ческим принципам [Никаноров, 2005: 71–72].
Выполняемые службой Росгидромета в мониторинге состояния
поверхностных вод суши наблюдения подразделяются на следующие виды: фоновые, режимные, специальные и оперативные. При
фоновых наблюдениях изучаются медленные изменения состояния
поверхностных вод. Получаемые данные образуют фон для регулярных режимных наблюдений, определяющих сезонные, годовые и
межгодовые изменения. Цели специальных наблюдений индивидуальны для каждого их подвида и определяют состав выполняемых
работ для каждого случая.
В настоящее время основную роль играют режимные наблюдения, доставляющие основную информацию о качестве поверхностных вод суши. Фоновые наблюдения проводятся по программе
режимных и практически представляют собой их разновидность.
Оперативные наблюдения также базируются на режимных (с дополнительным комплексом работ при аварийных ситуациях) и требуют
своего развития [Никаноров, 2005: 78].
17
Ведомственная разобщенность в рамках государственной
службы мониторинга приводит к следующим недостаткам: фрагментарность существующих систем мониторинга водных ресурсов,
недостаточная их ориентация на решение управленческих задач;
методическая, метрологическая, программная и аппаратная рассогласованность действующих служб; избыточные расходы вследствие
частичного дублирования наблюдений; несопоставимость получаемых различными службами данных; отсутствие интегрированной
системы сбора данных, анализа, оценки и прогноза состояния
водных ресурсов как основного звена управления; проблемы с
доступностью данных, получаемых различными ведомствами [Никаноров, 2005: 79].
Основными методами экологического мониторинга являются
наблюдения, эксперименты и математическое моделирование.
Полевые наблюдения – традиционный способ получения информации о состоянии окружающей среды. Анализ полученных
временных рядов наблюдений позволяет: выделить те показатели,
скорость изменения которых наиболее высока, что может указывать
на критический характер воздействия; определить зависимости
между данными; выявить содержащиеся в данных тенденции как
основу прогноза.
Современными методами наблюдений служат дистанционные
методы (авиационные, космические), наиболее широко применяемые в оперативном мониторинге. В общем случае система дистанционного оперативного мониторинга строится по иерархическому
принципу. Верхний уровень обеспечивается спутниковой информацией либо информацией с высоколетящего самолета. Его назначение – выявлять резкие изменения состояния природной среды
и формировать сигнал о времени и месте детального обследования
объекта. Средний уровень наблюдения базируется на информации, получаемой спектрометрами различных диапазонов спектра,
и выполняет функции экспрессного, но достаточно приближенного
контроля состояния среды. На нижнем уровне определяют параметры среды, требующие высокого компонентного разрешения
[Никаноров, 2005: 125].
Главной целью использования аэрокосмических средств наблюдения при оперативном обследовании водных экосистем является сбор информации о параметрах качества среды наблюдаемой
18
экосистемы. При этом решаются следующие задачи наблюдения:
получение исходной информации для анализа состояния водной
экосистемы; оценка текущего состояния экосистемы; прогноз
изменения состояния водной экосистемы и оценка возможных ее
колебаний; определение резких изменений состояния водного объекта (например, при аварийных залповых выбросах загрязняющих
веществ).
Наиболее эффективно совместное использование дистанционных и контактных способов сбора информации в следующих
случаях: дистанционно определяемый параметр качества воды
непосредственно характеризует пространственную структуру загрязнения водного объекта; дистанционно определяемый параметр
качества воды коррелирует с параметрами загрязнения, пространственную структуру которого необходимо оценить [Никаноров,
2005: 127–128].
Более подробно методы дистанционного мониторинга водных
объектов изложены в работах [Кондратьев и др. 1987а, б; Сухоруков и др., 1998].
Созданные за последние десятилетия спутниковые средства наблюдения за Землей охватывают практически все значимые сферы
функционирования системы «Природа–Общество» и поставляют
данные о следующих параметрах: взаимодействия в системе «Солнце–Земля» (физические механизмы, контролирующие движение
вещества между биосферными и геосферными образованиями);
динамика атмосферы (физические и химические процессы, метеорологические параметры, гидрологические потоки); динамика
океанов и прибрежных регионов (циркуляция, ветровое волнение,
температура воды, продуктивность, фотосинтез, преобразование
неорганического вещества в органическое, морские пищевые цепи,
структура океанских популяций и др.); процессы в литосфере (параметры вращения Земли, тектоническая активность, динамика
континентов и ледников, топографические структуры); функционирование биосферы (взаимодействие атмосферы и биосферы,
глобальная структура почвенно-растительных формаций, распределение биомассы, сельскохозяйственные площади, водные системы,
загрязнения и др.); динамика климатической системы (радиационный бюджет Земли, газовые компоненты атмосферы, температура,
облачность и т. д.) [Кондратьев и др., 2005: 159–160].
19
Примером современной системы спутникового экологического
мониторинга является выведенная 4 мая 2002 г. на околоземную
орбиту обсерватория Aqua, созданная в НАСА США в рамках программы Earth Observing System. В основном система ориентирована
на измерение водных компонент в приземном слое атмосферы и на
поверхности Земли, а также получение информации о климатической системе [Parkinson, 2003].
Важным методом экологического мониторинга служат экспериментальные исследования. При изучении и анализе воздействия
различных факторов на экосистемы целесообразно использовать
идеи многофакторного эксперимента с учетом особенностей сложных, «плохо организованных» систем [Налимов, 1971].
Существенной частью всей системы экологического мониторинга выступает математическое моделирование. Математические
модели позволяют наиболее рационально использовать полученные
в мониторинге данные, проверить их корректность, обработать их
с получением новой информации, восполнить недостающие данные
путем интерполяции и экстраполяции, осуществить прогноз и т. д.
В свою очередь, часть поступающих от средств наблюдения данных
используется для разработки новых или корректировки имеющихся
математических моделей, определения начальных и граничных
условий, проверки результатов моделирования.
Не претендуя на полноту классификации, многообразие используемых в мониторинге математических моделей можно подразделить на следующие группы: 1) модели оптимизации структуры
мониторинга; 2) модели экологического нормирования; 3) модели
антропогенной динамики экосистем; 4) имитационные модели;
5) эволюционные модели.
Модели оптимизации структуры мониторинга позволяют определить количество и схему размещения станций наблюдения,
установить связи между ними, выяснить потребную численность
персонала и номенклатуру оборудования наблюдательных станций,
уточнить параметры измерений по различным методикам.
Так, в работе [Горстко, Суходольский, 1981] предлагается
постановка двойственных задач оптимального мониторинга (на примере мониторинга водных ресурсов): 1) обеспечить максимальную
точность получаемой информации при заданном ее объеме и уровне
затрат; 2) найти минимальные затраты, необходимые для полу-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]