Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы контроля и системы мониторинга загрязнений окружающей среды. Монография
.pdf
В масштабах систем глобального мониторинга достаточно представительна также стационарная сеть наблюдений, осуществляющая
контроль состояния водной среды (океана, крупных рек, озер), подстилающей поверхности, растительности.
Специальные программы мониторинга включают сеть системы
глобального атмосферного фонового мониторинга в шести биосферных заповедниках, сеть наблюдений за химическим составом осадков, исследования состояния снежного покрова, трансграничног
о
переноса, а также работы в области биологического мониторинга для
оценки допустимой экологической нагрузки на экосистемы.
В промышленно развитых странах одновременно с формированием глобальных систем создавались национальные системы контроля
качества объектов природной среды. В США, например, еще в 80–
90-х годах прошлого века была создана сеть контроля загрязнений
атмосферы и промышленных выбросов из 490 общенациональных и
более 5000 региональных станций.
В РФ на основании Закона об охране окружающей среды и в соответствии с постановлением Правительства РФ в 1993 г. было принято
решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Основными задачами системы являются:
– оперативный контроль энерго-экологического, медико-биологического и социально-экономического состояния среды;
– сбор и хранение объективной информации о состоянии окружающей среды, здоровья населения с учетом субъективности оценки
этих факторов;
– формирование объективной картины текущего состояния окружающей среды, здоровья населения с учетом субъективности оценки
населения региона;
– выявление факторов экологического неблагополучия региона, в
том числе источников негативного воздействия на окружающую среду и здоровья человека;
– подготовка информации, необходимой для принятия управленческих решений по экологической обстановке региона;
– оценка возможного экологического и социального риска;
– выработка управляющего воздействия, направленного на улучшение состояния окружающей среды.
91
Созданная на тот период сеть мониторинга окружающей среды,
базой которой являлись стационарные посты Росгидромета, позволяла проводить постоянный контроль:
– атмосферного воздуха городов и промышленных центров;
– почв (пестицидами и тяжелыми металлами);
– поверхностных вод суши и морей;
– атмосферного воздуха и выпадений загрязнений в результате
трансграничного переноса загрязняющих веществ;
– состояния растительности;
– химического состава и кислотности атмосферных осадков и
снежного покрова;
– фонового загрязнения атмосферы;
– радиоактивного загрязнения.
В настоящее время наблюдения за состоянием воздушной среды
проводятся в 238 городах и промышленных центрах на 602 стационарных постах Росгидромета, причем в большинстве случаев определяется от 5 до 25 веществ. Сеть наблюдений за химическим составом и кислотностью осадков включает 131 станцию, а контроль загрязнений снежного покрова – 484 пункта. В пробах определяются
сульфаты, нитраты аммония, бензапирен, тяжелые металлы.
Загрязнения поверхностных вод суши (120 водных объектов) контролируется на 156 пунктах. Эта сеть обеспечивает определение от 2
до 6 гидробиологических показателей. Сеть наблюдений загрязнения
11 морей, омывающих территорию России, состоит из 602 пунктов,
которые обеспечивают пробоотбор и анализ более 20 загрязняющих
веществ.
Отбор проб почв сельскохозяйственного назначения осуществляется 176 постами в 36 субъектах РФ. В пробах определяется 21 наименование пестицидов. Загрязнения почв промышленными сбросами и выбросами контролируется вокруг 21 промышленного центра.
Кроме того, на территории России имеется 7 станций комплексного фонового мониторинга, расположенные в биосферных заповедниках. Наблюдения трансграничного переноса загрязняющих веществ
осуществляются 3 станциями (вблизи населенных пунктов Янискоски, Пушкинские горы и Пинега), ориентированными на контроль
диоксидов азота и серы, взвешенных веществ и атмосферных осадков, поступающих через западную границу страны.
По всеобщему признанию действующая в настоящее время система мониторинга природной среды РФ малоэффективна. Особую тре-
92
вогу в этой связи вызывает отсутствие не только современных методических и аппаратурно-технических средств, но и концептуальностратегических схем дальнейшего ее развития.
Еще в 1995 г. Межведомственная комиссия по экологической безо-
пасности Совета безопасности РФ констатировала следующее:
– действующие системы и службы мониторинга состояния окружающей природной среды, являющиеся базой ЕГСЭМ, включая подсистемы источников антропогенного воздействия и влияния неблагоприятных факторов на среду обитания человека, не удовлетворяют
требованиям оперативного информационного обеспечения управления в области охраны, рационального использования природных ресурсов и экологически безопасного устойчивого развития страны и
ее регионов;
– в результате продолжающегося сокращения наблюдательных
сетей, снижения технического уровня измерительных систем и ухудшения их метрологического обеспечения значительно снижается информативность и достоверность получаемых данных.
Комиссия рекомендовала:
– считать приоритетной задачу укрепления действующих систем и
служб мониторинга, а также принять меры по исключению дублирования деятельности федеральных и территориальных подсистем ЕГСЭМ;
– принять меры к усилению деятельности территориальных органов по контролю за соблюдением установленных нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную
среду в целях обеспечения выполнения задач, возложенных на подсистему ЕГСЭМ по мониторингу источников антропогенных воздействий на природную среду;
– при формировании планов НИР и ОКР обеспечить приоритетность финансирования тем, которые связаны с развитием и повышением эффективности функционирования ЕГСЭМ (методического,
технологического и метрологического обеспечения), ее федеральных
и территориальных подсистем;
– разработать комплекс мер по повышению эффективности контроля за соблюдением установленных нормативов содержания вредных веществ в отработанных газах автотранспортных средств;
– внести предложения в Правительство РФ по инструментальному
обеспечению Типовой автоматизированной сети наблюдений за состоянием окружающей природной среды и источников загрязнений
территориального и локального уровней ЕГСЭМ.
93
Рис. 2.2. Схема расположения наземной сети контроля атмосферных
загрязнений на территории г. Москвы
Следует отметить, что в действующих и разрабатываемых системах контроля территориального (ведомственного) уровня общая
концепция, вопросы оснащения контрольно-измерительными средствами осуществляется, прежде всего, с учетом числа и мощности стационарных и передвижных источников, а также в соответствии с
природно-климатическими, метеорологическими и другими особенностями контролируемых территорий.
Рассмотрим состав и структуру системы экологического мониторинга городских территорий на примере г. Москвы [21]. Вначале о
действующей в настоящее время системе мониторинга атмосферны
х
загрязнений, которая находится во введении Департамента природопользования и охраны окружающей среды (до 2001 г. – Москомприрода). Она включает наземную сеть постов контроля ГПУ «Мосэкомониторинг» (рис. 2.2), две передвижные лаборатории для контроля
94
Рис. 2.3. Передвижная лаборатория контроля атмосферных
загрязнений
Рис. 2.4. Передвижная лаборатория контроля промышленных
выбросов «Кема»
атмосферных загрязнений и выбросов промышленных предприятий
(рис. 2.3 и 2.4). В состав системы входит также специализированная
лаборатория Государственного природоохранного центра по обработке и анализу проб атмосферного воздуха, промышленных выбросов, открытых водоемов, почв.
Наземная сеть состоит из 34 автоматизированных постов (станций), расположенных почти во всех административных округах города. Контроль качества воздуха проводится в следующих функцио-
95
нальных зонах: 1 тип – это территории, находящиеся под непосредственным влиянием транспортных магистралей; 2 тип – смешанный
тип территорий, находящихся под воздействием различных антропогенных источников; 3 тип – жилые территории; 4 тип – фоновые территории, находящиеся на удалении от источников загрязнения. На
разных по назначению постах контролируется и собственный набор
загрязнений (в общей сложности 22 вещества круглосуточно в непрерывном режиме), в том числе озон, частицы PM
, метан, бензол и
10
др. На постах установлена аппаратура контроля метеорологических
параметров (скорости и направления ветра, температуры, влажности
и давления). В частности, на территории Центрального административного округа (Балчуг), находящейся под воздействием выбросов
автотранспорта (1 тип функциональной зоны) контролируется CO,
NO
, NO, CHx, CH4, CH-, CO2, NOх, а на территории метеостанции
2
МГУ в Раменках (4 тип) – CO, SO
, O3, NO2, NO, PM10. На террито-
2
риях Восточного, Северо-Восточного и Юго-Восточного округов,
подверженных воздействию антропогенных источников (2 тип), помимо крупнотоннажных загрязнений (CO, NO
, сумма углеводоро-
х
дов, взвешенные вещества), определяются и специфические вещества: этилбензол, бензол, толуол, ксилолы, 1,3-бутадиен.
В оперативном режиме контроля (при различных условиях рассеивания загрязняющих примесей) в 2007 г. было организовано более 100
рейдов передвижной экологической лаборатории (см. рис. 2.3) и об-
следовано более 55 территорий города с целью выявления источников
загрязнения. Исследования атмосферного воздуха проводились как на
содержание приоритетных загрязняющих веществ (оксид углерода,
диоксид азота, взвешенные вещества, углеводороды) и специфических
веществ, характерных для выбросов автотранспорта (формальдегид,
бензол, бензапирен, фенол, формальдегид, этан, пропан, пентан), так и
целого ряда других веществ (уксусной кислоты, ацетона, сероводорода, аммиака, этилацетата, ацетальдегида и других, характерных для
промышленных выбросов. В ходе рейдов передвижной лаборатории в
оперативном режиме производился лишь отбор проб, а содержание
загрязняющих примесей определяли в лабораторных условиях на аппаратурно-методической базе Государственного природоохранного
центра. В режиме реального времени передвижная лаборатория непосредственно на объекте контроля обеспечивает:
96
– документирование и фотосъемку территории (объекта);
– контроль метеорологических параметров (температуру, влаж-
ность, скорость и направление ветра);
– определение оксидов азота, углерода и серы, суммы углеводородов;
– уровень радиации и мощность дозы ионизирующих излучений;
– уровень ртутного загрязнения воздуха и почв;
– параметры шума.
Была создана еще в прошлом столетии и вероятно функционирует
сейчас городская сеть контроля радиационной обстановки. В тот же
период времени проводился постоянный контроль загрязнений почв,
поверхностных вод (Москва-реки и ее притоков), родников, донных
отложений и др. Автор книги был не только свидетелем этих комплексных исследований, но и участвовал в них. Информация об этих
системах контроля и результаты многолетних наблюдений представлены в красочном альбоме «Экологический атлас Москвы», изданном
в 2000 г. при содействии Правительства Москвы группой авторов под
руководством профессора А.Г. Ишкова [22].
Несмотря на вышесказанное, приходится все же констатировать,
что существующая инструментальная сеть мониторинга атмосферных загрязнений Москвы не отвечает требованиям оперативного
контроля в связи с недостаточным количеством постов наблюдения и
плотностью их распределения (территории столицы чуть более
1000 км
2
). Поэтому оценить уровень и характер загрязнения воздуш-
ного бассейна города вне точек измерения (мест расположения постов) в оперативном режиме практически невозможно. На локальных
территориях (в первую очередь в жилых кварталах и вблизи санитарно-защитных зон предприятий) проблема осложняется неоднородностью условий распространения загрязнений и сравнительно
малыми масштабами этих территорий, что существенно затрудняет
получение надежных данных о загрязнениях, обусловленных действием близлежащих источников и дальним их переносом из отдаленных районов города.
Приходиться также констатировать, что аппаратурно-методическая
база подсистемы контроля выбросов промышленных предприятий
ориентирована в основном на использование «пассивных» методов
анализа, основанных на традиционных методических приемах – отборе проб и их анализе в лабораторных условиях. Единственная в городе
97
передвижная лаборатория оперативного контроля промышленных выбросов (см. рис. 2.4) справляется лишь с исследованием стационарных
источников загрязнения крупных предприятий энергетики, металлургии, мусоросжигания. Выезды лаборатории осуществляются в основном в соответствии с указаниями руководства природоохранного ведомства и носят скорее плановый, чем оперативный характер.
Оперативный контроль загрязнений атмосферного воздуха в городах и промышленно-урбанизированных территориях большинства зарубежных стран (Европы, США, Японии) обеспечивается полноценной системой мониторинга, включающей наземную сеть постов наблюдения, специализированные аналитические лаборатории, подсистему контроля промышленных выбросов и мобильные средства. Действующие же в настоящее время в городах России системы мониторинга не соответствуют современному уровню аппаратурнометодического и информационно-аналитического обеспечения экологической безопасности на урбанизированных территориях и требуют
пересмотра принципов их построения и схем функционирования. В
частности, системы мониторинга атмосферных загрязнений должны
быть ориентированы, прежде всего, на получение оперативной информации об опасных уровнях загрязнения воздушной среды на всей
территории города. В этой связи нуждается в модернизации и дальнейшем развитии инструментальная база контроля, которая должна
все шире использовать экспрессные методы и мобильные средства,
включая аппаратуру дистанционного зондирования загрязнений.
Требуют корректировки и уточнения перечни загрязняющих веществ, подлежащих обязательному контролю в атмосферном воздухе
городских территорий и в выбросах промышленных предприятий.
Что же касается подсистемы контроля промышленных выбросов,
следует особо подчеркнуть, что первоочередной задачей является
внедрение средств оперативного контроля загрязнений непосредственно на источниках их эмиссии – дымовых (выбросных) трубах,
причем данные о выбросах должны поступать в информационноаналитический центр городской системы мониторинга наряду с данными измерений наземной сети постов наблюдения. Такие специализированные приборы и оборудование широко используются в системах оперативного контроля промышленных выбросов в большинстве
городов европейских стран, США, Японии.
98
2.4. Геоинформационные мониторинговые
системы
Рассмотрим основные принципы построения, структуру и аппаратурное обеспечение геоинформационных систем глобального уровня,
получивших развитие в ведущих отечественных и зарубежных научных центрах. Здесь необходимо еще раз подчеркнуть, что речь пойдет о системе информационной, базирующейся на данных, полученных путем измерения тех или иных параметров и характеристик биосферы и ее компонентов.
По мнению авторов целого ряда работ фундаментального характера [11–13, 22–24] создание геоинформационной системы глобального экологического мониторинга может быть осуществлено путем
объединения ГИС-технологии, методов экспертных систем и имитационного моделирования. В качестве справки приведем одно из
многочисленных определений термина ГИС (географическая информационная система), заимствованного из монографии [25]. ГИС – это
проблемно-ориентированная вычислительная интерактивная система
обработки пространственно-распределенной информации, включающая средства сбора, преобразования, хранения и представления
картографической информации, для выработки управленческих решений в области природопользования и охраны окружающей среды.
По масштабам территорий, которые охватывают современные ГИС,
различают глобальные, континентальные, национальные, региональные, локальные уровня.
Рассмотрим эти работы подробнее [11, 22]. Основные идеи авторов сводятся к следующему. Во-первых, развитие моделей биогеохимических, гидрофизических, климатических и других процессов в
окружающей среде, обеспечивающих синтез образов ее подсистем,
неизбежно требует формирования систем автоматизации обработки
данных мониторинга и создания соответствующих баз данных. Вовторых, существуют сбалансированные критерии отбора информации, учитывающие иерархию причинно-следственных связей в биосфере, которые включают согласование допусков и глубины пространственной дискретизации при описании атмосферы, наземных
экосистем и гидросферы, степень их элементной детализации. Втретьих, применение математического моделирования в системах
спутникового мониторинга может дать практический эффект только
при создании единой сети данных, сопряженной с моделью системы
99
«природа-общество». И, наконец, концептуальная схема адаптивного
режима таким образом организованного мониторинга диктует принятие такой архитектуры системы мониторинга, которая бы объединяла знания различных наук в единую систему и создавала возможность гибкого управления этими знаниями, что возможно, как отмечалось выше, объединением ГИС-технологии, методов экспертных
систем и имитационного моделирования.
Далее в работах авторов отмечается, что ГИС обеспечивает обработку географических данных, связь с базами данных и символическое представление топологии изучаемых территорий. Расширени
е
ГИС до ГИМС ( геоинформационной мониторинговой системы) из-
меняет некоторые функции пользовательского интерфейса компьютерных картографических систем, включая прогнозные оценки на основе априорных сценариев изменения условий функционирования
подсистем окружающей среды. При этом имеющиеся измерения параметров подсистем могут быть использованы как для оценки коэффициентов моделей, так и непосредственно для прогнозной оценки
по методике эволюционной технологии.
Развитие ГИМС-технологий, предусматривающих соединение методик и алгоритмов математического моделирования с наземными и
дистанционными измерениями характеристик окружающей природной среды, возможно путем использования данных аэрокосмических
и передвижных лабораторий, авторы считают, что в будущем именно
такие комплексы будут решать следующие основные задачи:
– прогнозирование времени начала и степени опасности стихийных бедствий, аварийных ситуаций и техногенных катастроф;
– контроль динамики аварий и катастроф, в том числе и в сложных метеоусловиях, и выдача информации для принятия решения;
– оценка последствий аварий и катастроф для городов, сельскохозяйственных и лесоболотных угодий, морской и приморской флоры и
фауны;
– выдача целеуказаний спасательным службам при проведении
поисково-спасательных работ.
Кроме того, ГИМС-технология позволит решать проблемы мониторинга территорий крупных промышленных центров:
– изучение сезонных параметров элементов городского и пригородного ландшафтов, геофизических полей и локальных аномалий
различной природы, выявление закономерностей взаимосвязи их фе-
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]