3/Мониторинг атмосферного воздуха: принципы организации и программы наблюдений, виды постов наблюдений.
Контроль загрязнения атмосферного воздуха
Измерения концентраций примесей проводят как в районе действия конкретного источника загрязнения атмосферы, так и на некотором удалении от него.
Для определения максимальных значений концентраций загрязняющих веществ, которые создаются при направленных выбросах от предприятий на тот или иной район города, а также размера зоны распространения примесей от данного предприятия организуются подфакельные наблюдения. Подфакельными наблюдениями называются измерения концентраций примесей под осью факела выбросов из труб промышленных предприятий. Местоположение точек, в которых производится отбор проб воздуха для определения концентраций вредных веществ, меняется в зависимости от направления факела. Подфакельные наблюдения проводятся в районе отдельно стоящего источника выбросов или группы источников как на территории города, так и за его пределами с помощью передвижных станций наблюдения.
Измерения концентраций проводятся по оси факела на различных расстояниях от источника выброса и в точках слева и справа от линии, перпендикулярной оси факела. Наблюдения следует проводить на расстояниях 10-40 средних высот труб от источника, где особенно велика вероятность появления максимума концентраций. Такой вид обследования позволяет проследить изменение концентрации с увеличением расстояния от источника выброса, определить вклад в локальный уровень загрязнения низких и высоких источников выбросов и др.
Схема мониторинга атмосферного воздуха включает как первичное звено санитарно-промышленные и аналитические лаборатории предприятий, которые проводят «точечный» мониторинг атмосферного воздуха (воздух рабочей зоны) на территории непосредственно предприятия-загрязнителя. Контроль за качеством воздуха проводится также внутри цехов и рабочих помещений и зачастую дополняет производственный технологический контроль.
С целью контроля качества воздуха «точечный» мониторинг источников выбросов («подфакельные» наблюдения), и околопромышленных районов проводится также органами Санэпиднадзора (СЭН) и Госкомэкологии (ГЭК) или Минприроды. Кроме того, ГЭК и СЭН проводят локальный мониторинг воздуха в жилых кварталах, на крупных автомагистралях внутри города, в основном в наименее благополучных по экологической ситуации районах.
Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и ее территориальные органы осуществляют непрерывный контроль за качеством атмосферного воздуха в населенных пунктах (локальный, региональный и национальный уровни) с целью определения основных фоновых показателей загрязнения атмосферы, решения вопросов трансграничного переноса загрязняющих веществ и выявления высоких и экстремально высоких уровней загрязнения. В системе Росгидромета наблюдения за загрязнением атмосферы регулярно проводятся в 238 городах России на 649 стационарных постах. Измеряются концентрации от 5 до 25 загрязняющих веществ.
Обследование состояния загрязнения атмосферы в городе или крупном районе организуется для выяснения причин высоких уровней концентраций примесей, установления их неблагоприятного влияния на здоровье населения и окружающую среду и для разработки мероприятий по охране атмосферного воздуха.
В зависимости от целей различают три вида обследования:
- эпизодическое – для ориентировочной оценки состояния загрязнения воздуха в населенном пункте и при выборе мест для размещения постов наблюдений;
- комплексное – для детального изучения особенностей и причин высокого уровня загрязнения, его влияния на здоровье населения и окружающую среду в целом, а также для разработки рекомендаций по проведению атмосфероохранных мероприятий;
- оперативное – для выявления причин резкого ухудшения качества воздуха.
В зависимости от вида обследования составляется программа обследования. На основании обобщенных результатов обследования разрабатываются конкретные рекомендации по проведению атмосфероохранных мероприятий и делается вывод о необходимости организации регулярных наблюдений при их отсутствии.
Так, эпизодическое обследование проводится при отсутствии регулярных наблюдений за загрязнением атмосферы и его результаты являются основанием для определения целесообразности проведения регулярных наблюдений. При разработке атмосфероохранных мероприятий для отдельного города или крупного промышленного района необходимо детальное изучение состояния загрязнения атмосферы, которое осуществляется на основании комплексного обследования.
Целями комплексного обследования являются:
- выделение районов, подверженных влиянию определенных источников загрязнения;
- изучение распределения по территории содержания загрязняющих веществ, особенно не контролируемых систематически;
- уточнение правильности расчетов нормативов ПДВ;
- изучение особенностей переноса загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах, за пределы исследуемой территории;
- изучение взаимного влияния отдельных источников загрязнения на исследуемый район.
В ходе комплексного обследования изучаются:
физико-географические характеристики исследуемого района с указанием рельефа местности, наличия водных объектов, растительных массивов (для определения количества точек наблюдения и расстояния между ними);
климатические условия распространения примесей в атмосфере (для определения метеопараметров, за которыми должны проводится наблюдения, определения сроков проведения наблюдений);
техногенные параметры стационарных и передвижных источников загрязнения атмосферы (для определения перечня предприятий и автомагистралей, подлежащих обследованию, определения приоритетного перечня веществ, подлежащих контролю).
Мониторинг атмосферного воздуха проводится на стационарных постах наблюдения (постоянные точки отбора), а также методом «маршрутных обследований».
В соответствии с нормативными документами устанавливаются посты наблюдений трех категорий: стационарные, маршрутные и передвижные (подфакельные).
Стационарный пост предназначен для непрерывных наблюдений за качеством атмосферного воздуха населенных мест.
Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб, когда невозможно или нецелесообразно устанавливать стационарный пост или необходимо более детально изучить загрязнение воздуха в отдельных районах, например в новых жилых кварталах города.
Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом для выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов.
Стационарный пост представляет собой оборудованный павильон, для маршрутных и подфакельных постов используются передвижные (автомобильные) лаборатории анализа воздуха.
Для достоверной оценки распределения концентраций примесей по территории города и разработки комплекса природоохранных мероприятий требуется изучение характера изменения уровня загрязнения атмосферы за длительный период. Корректное решение этой задачи возможно лишь по данным однородных и длительных рядов наблюдений. Выявление тренда многолетних изменений уровня загрязнения атмосферы возможно лишь по результатам наблюдений, выполняемых в течение многих лет на одних и тех же стационарных постах. Эти обстоятельства обусловили необходимость создания опорных постов сети мониторинга. Опорные посты устанавливаются из расчета один пост на 100-200 км2 и размещаются таким образом, чтобы по данным наблюдений на этих постах можно было определять фоновое загрязнение атмосферы в крупном районе города.
Репрезентативность наблюдений за состоянием загрязнения атмосферы в населенном пункте зависит от количества и правильности расположения постов на обследуемой территории. В связи со сложным характером распределения концентраций примесей ряд ученых рекомендует увеличивать число постов для повышения качества данных наблюдений. Чем больше постов наблюдений и чем чаще на них проводятся наблюдения, тем полнее характеризуются временные и пространственные изменения состояния загрязнения атмосферы. Но увеличение числа постов приводит к значительным материальным затратам и резкому увеличению объема информации, которая полностью не может быть использована. Вопрос об оптимальном количестве пунктов наблюдений впервые был регламентирован ГОСТ 17.2.3.07-86 «Правила контроля воздуха населенных пунктов», согласно которому требуется устанавливать один пост на 10-20 км2 в равнинной местности и один пост на 5-10 км2 в пересеченной (табл. 1).
Таблица 1
Регламентируемое число постов
в зависимости от численности населения
Число жителей, тыс.чел.
Количество постов
50
1
50-100
2
100-200
2-3
200-500
3-5
Более 500
5-10
Более 1000
10-20
В перечень веществ, подлежащих контролю на постах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, включаются основные (определяются практически на всех постах в РФ) и специфические (в зависимости от размера населенного пункта, числа жителей, промышленной специализации) загрязнители. В городах согласно Руководящим документам регламентируется контролировать:
основные примеси:
- пыль (взвешенные вещества);
- диоксид серы (SO2);
- диоксид азота (NO2);
- оксид углерода (СО);
специфические примеси:
- оксид азота – только в городах с населением более 250 тыс.чел.;
- растворимые сульфаты – в городах с населением более 100 тыс.чел.;
- формальдегид и соединения свинца – в городах с населением более 500 тыс.чел.;
- металлы – в городах с предприятиями черной и цветной металлургии;
- бенз(а)пирен - в городах с населением более 100 тыс.чел.;
- пестициды – в городах, расположенных рядом с сельскохозяйственными районами.
Перечень веществ для систематических наблюдений на стационарных, маршрутных постах и при подфакельных наблюдениях устанавливается на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Определяются вещества, которые выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможность превышения ПДК этих веществ. В результате составляется список веществ, подлежащих контролю в первую очередь.
Принцип выбора вредных веществ и определение их приоритетности (формирование приоритетного списка веществ) основано на использовании параметра потребления воздуха (ПВ). Параметр потребления воздуха (ПВ) – объем чистого воздуха, необходимый для разбавления выбросов загрязняющих веществ до уровня средней допустимой концентрации.
Используют реальный и требуемый параметры потребления воздуха, которые рассчитываются по формулам:
реальный: = ; требуемый: ПВтi=,
где М – суммарное количество выбросов i-й примеси от всех источников, расположенных на территории города; qi – концентрация, установленная по данным расчетов или наблюдений.
Устанавливается, будет ли средняя или максимальная концентрация примеси превышать при данных выбросах соответственно среднюю суточную ПДКсс или максимальную разовую ПДКмр. Если ПВтi превысит то ожидаемая концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК или превысит ее, следовательно, i-я примесь должна контролироваться. Перечень веществ для организации наблюдений устанавливается сравнением с ПВтi для средних (ПВсс) и максимальных (ПВмр.) концентраций примесей.
Для разработки эффективных и оперативных мероприятий по управлению качеством атмосферного воздуха требуется непрерывное, круглосуточное определение концентрации вредных веществ. Условие непрерывности измерения концентраций примесей обусловливает следующие требования к средствам измерения:
- автоматизация измерений за содержанием атмосферных газовых примесей;
- диапазон прибора измерения должен перекрывать пределы концентраций газа, рассеянного в атмосферном воздухе;
- порог чувствительности средств измерения должен обеспечивать определение концентраций вредных веществ на уровне ПДК;
- анализаторы газов должны быть рентабельны в эксплуатации и обеспечены доступными средствами их периодической поверки и корректировки.
Данные требования реализуются путем применения автоматических газоанализаторов, используемых как самостоятельно, так и в составе станций (передвижных и стационарных).
Общая структура газоанализатора может быть представлена следующей схемой (рис. 1).
Рис. 1. Простейшая схема газоанализатора
В качестве датчика используются различные устройства, преобразующие химические или физические свойства газа в электрический сигнал, который с помощью усилителя и АЦП отображается на регистрирующем приборе. Основное требование к датчику – зависимость сигнала от концентрации газа должна описываться простейшей пропорциональной функцией.
Полученные величины концентрации загрязняющих веществ для определения степени их негативного воздействия на здоровье населения сравнивают с предельно допустимыми концентрациями. Единичные, разовые концентрации примеси обычно сравнивают с его максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднесуточной ПДК. Определяют индекс загрязнения атмосферы отдельной примесью (ИЗА):
.
Поскольку с помощью ИЗА характеризуется уровень загрязнения атмосферы одним веществом, этот индекс называют индивидуальным показателем загрязнения атмосферы.
Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, контролируемыми в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (КИЗА).
.
При расчете КИЗА степень загрязнения атмосферы оценивается по степени превышения ПДК с учетом класса опасности.
Загрязняющие вещества в воздушном бассейне по вероятности их неблагоприятного влияния на здоровье населения делят на 4 класса: 1-й - чрезвычайно опасные, 2-й - высоко опасные, 3-й - умерено опасные и 4-й - мало опасные. Учет класса опасности определяется «приведением» концентраций веществ, нормированных по ПДК, к концентрациям вещества 3-го класса опасности - диоксида серы.
Использование константы s основано на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества. Для 1-го класса опасности s составляет 1,7, для 2-го класса опасности - 1,3, для 3-го - 1,0, для 4-го - 0,9.
Для сравнения степени загрязнения атмосферы различных городов (населенных пунктов), различных районов одного города рекомендуется использовать в качестве характеристики уровня загрязнения КИЗА, рассчитанное по определенному количеству ингредиентов, вносящих наибольший вклад в уровень загрязнения атмосферы. Чаще всего рассчитывают КИЗА по пяти приоритетным ингредиентам, так называемое КИЗА пять (КИЗА5). КИЗА5 также применяется для оценки временной (многолетней) тенденции изменения состояния загрязнения атмосферы одного города (населенного пункта).
Указанное ранжирование по классам состояния атмосферы выполнено в соответствии с классификацией уровней загрязнения по четырехбальной шкале (табл.2):
- класс «нормы» соответствует уровню загрязнения воздуха ниже среднего по городам страны;
- класс «риска» равен среднему уровню;
- класс «кризиса» - выше среднего уровня;
- класс «бедствия» - значительно выше среднего уровня.
'Таблица 2
Критерий оценки состояния загрязнения атмосферы
по комплексному индексу (КИЗА)
Показатель состояния
Классы экологического состояния атмосферы
Норма (Н)
Риск (Р)
Кризис (К)
Бедствие (Б)
Уровень загрязнения воздуха
менее 5
5
5–8
8–15
более 15
Для химических веществ, свойства которых и механизмы действия на человеческий организм недостаточно изучены, вводится временный норматив максимально допустимого содержания в атмосферном воздухе – ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни воздействия. ОБУВ устанавливаются сроком на три года, по истечении которого пересматриваются или заменяются на ПДК. Кроме того, в перечнях указываются вещества и их комбинации, обладающие эффектом суммации, т.е. усилением вредного воздействия при совместном присутствии в атмосферном воздухе. Для таких соединений сумма их концентраций не должна превышать 1:
На международном уровне пока не нормируются предельные концентрации загрязняющих веществ в воздухе, установление ПДК отнесено к компетенции правительств суверенных государств. ПДК основных загрязнителей атмосферы, нормируемые в различных странах, обобщены в справочниках.
Контроль загрязнения поверхностных вод
Контроль загрязнения поверхностных вод производится регулярно специально созданной сетью пунктов наблюдения. Порядок организации и проведения наблюдений на этих пунктах определен ГОСТ 17.1.3.07-82 и соответствующими методическими указаниями. Разработанная система контроля предусматривает согласованную программу работ по гидрохимии, гидрологии, гидробиологии и получение данных, характеризующих качество воды по физическим, химическим, гидробиологическим показателям.
Важнейшей задачей контроля качества поверхностных вод является правильный выбор пунктов наблюдения, под которыми понимается место на водоеме или водотоке, где производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдения в зависимости от народнохозяйственного значения водных объектов, их размеров и экологического состояния подразделяются на 4 категории (табл. 3); могут включать один или несколько створов, которые представляют собой условные поперечные сечения водоема или водотока. Расположение створов наблюдения зависит от гидрологических и морфологических особенностей водного объекта, положения источников загрязнения, объема и состава сточных вод, интересов водопользователей.
Один створ устанавливается на водотоках, не имеющих организованного сброса сточных вод, в устьях загрязненных притоков, на незагрязненных участках водотоков, на замыкающих и предплотинных участках рек.
Два створа и более устанавливают на водотоках с организованным сбросом сточных вод. Один из них располагают в 1 км выше источника загрязнения, вне зоны его влияния, другие - ниже источника или группы источников сточных вод. Расположение створов ниже источника загрязнения определяется характером распространения загрязняющих веществ и устанавливается в местах достаточно полного (не менее 80%) смешения сточных и речных вод.
При контроле качества воды всего водоема устанавливается не менее трех створов, равномерно распределенных по акватории. Для наблюдения за качеством воды на отдельных загрязненных участках водоема створы располагаются с учетом условий водообмена. В проточных водоемах с интенсивным водообменом створы располагаются так же, как и на водотоках: первый в 1 км выше источника загрязнения, остальные— ниже, на расстоянии 0,5 км от сброса сточных вод, и за границей загрязненной зоны. На водоемах с умеренным и замедленным водообменом один створ устанавливается вне зоны влияния сточных вод, другой совмещается с местом сброса загрязненных стоков, остальные (не менее двух) располагаются по обе стороны от источника загрязнения, на расстоянии 0,5 км от него, и за границей зоны загрязнения. В створе водного объекта может быть несколько вертикалей с опробованием воды из разных горизонтов. Количество вертикалей в створе определяется шириной зоны загрязнения, условиями смешения природных и сточных вод. Количество горизонтов на вертикали зависит от глубины водного объекта. При глубине до 5 м устанавливается один горизонт на расстоянии 0,3 м от поверхности воды. В водных объектах с глубиной 5 - 10 м исследуются два горизонта— поверхностный и придонный (0,5 м от дна). При глубине 10 — 100 м устанавливаются 3 горизонта: поверхностный, на половине глубины и придонный.
Таблица 3.
Расположение и категория пунктов наблюдения на водных объектах
Категория пункта
Расположение пункта с учетом комплекса факторов
Народнохозяйственного значения и размеров водоема или водотока
Состояние воды водоема или водотока
1
Районы городов с населением свыше 1 млн человек; место нереста и зимовья особо ценных видов промысловых организмов
Районы повторяющихся аварийных сбросов и заморных явлений водных организмов; районы организованного сброса сточных и высокой загрязненности природных вод (превышение 100 ПДК по одному или нескольким показателям качества воды)
2
Районы городов с населением 0,5 — 1 млн человек; районы важного рыбохозяйственного значения (места нереста и зимовья ценных видов промысловых организмов, предплотинные участки рек); при пересечении реками государственной границы
Районы организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается систематическая средняя загрязненность воды (превышение ПДК от 10 до 100 по одному или нескольким показателям качества воды)
3
Районы городов с населением менее 0,5 млн. человек; замыкающие створы больших и средних рек и водоемов.
Районы организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается систематическая загрязненность воды до 10 ПДК по одному или нескольким показателям качества воды
4
Районы территории государственных заповедников и национальных парков; водоемы и водотоки, являющиеся уникальными природными образованиями
Незагрязненные участки водоемов и водотоков
Периодичность и программа наблюдений определяются категорией пункта. В пунктах 1 и 2 категорий визуальные наблюдения проводятся ежедневно. Отбор проб, гидрологиче- ские и гидрохимические наблюдения (табл.4) выполняются ежедекадно (по сокращенной программе 2 для пунктов 1 и сокращенной программе 1 - для пунктов 2 категорий), ежемесячно (по сокращенной программе 3) и в основные фазы водного режима (по обязательной программе). Для большинства водных объектов наблюдения по обязательной программе производятся 7 раз и год: во время половодья - на подъеме, пике и спаде; во время летней межени — при наименьшем расходе воды и при прохождении дождевого паводка; осенью перед ледоставом; во время зимней межени.
Отбор проб воды для определения ее химического состава и физических свойств производится в соответствии с ГОСТ 17.1.5.-85. Из поверхностного горизонта пробы отбираются бутылью или эмалированным ведром, из глубинных слоев - батометром. Объем пробы с каждого створа составляет 7 — 8 л. Отобранная вода разливается в различные емкости для раздельного анализа на отдельные ингредиенты и загрязняющие вещества. При необходимости производится соответствующая подготовка и консервация проб.
Для анализа природных вод для унификации анализов, проводимых в различных лабораториях, используют определенные методы, характеризующихся высокой воспроизводимостью, требуемой чувствительностью, простотой выполнения, экспрессностью, дешевизной анализа. Для анализа природных вод используют фотометрические, газохроматографические, атомно-абсорбционные методы анализа.
Для оперативного контроля и управления качеством поверхностных вод разрабатываются и внедряются автоматизированные системы наблюдения, которые включают автоматические станции и передвижные гидрохимические лаборатории, предназначенные для оперативного контроля загрязнения поверхностных вод, стационарные гидрохимические лаборатории, позволяющие выполнять более сложный и точный анализ природных вод, центр обработки поступающей информации. Такие системы способны контролировать с помощью всех своих звеньев около 50 показателей и ингредиентов. 2.4. Посты наблюдений загрязнения атмосферного воздуха
Стационарный пост наблюдений - это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации концентраций загрязняющих веществ и метеорологических параметров по установленной программе. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных или наиболее распространенных загрязняющих веществ. Место для установки стационарного поста выбирается, как правило, с учетом метеорологических условий формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха. При этом заранее определяется круг задач: оценка средней месячной, сезонной, годовой и максимальной разовой концентраций, вероятности возникновения концентраций, превышающих ПДК и др.
Перед установкой поста следует проанализировать: расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвижных источников; особенности застройки и рельефа местности: перспективы развития жилой застройки и расширения предприятий промышленности, энергетики, коммунального хозяйства; транспорта и других отраслей городского хозяйства, функциональные особенности выбранной зоны; плотность населения; метеорологические условия данной местности и др. Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений, его территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию близкорасположенных низких источников (стоянок автомашин, мелких предприятий с низкими выбросами т.п.). Количество стационарных постов в каком-либо городе (населенном пункте) определяется численностью населения, рельефом местности, особенностями промышленности, функциональной структурой (жилая, промышленная, зеленая зона и т.д.), пространственной и временной изменчивостью полей концентраций вредных веществ. Так, например, исходя из численности населения, количество постов определяется следующим образом (см. табл. 2.2):
Таблица 2.2
Зависимость количества стационарных постов от численности населения |
|
Численность населения, тыс. чел. |
Количество постов |
<50 |
1 |
50-100 |
2 |
100-200 |
3 |
200-500 |
3-5 |
500-1000 |
5-10 |
1000-2000 |
10-15 |
>2000 |
15-20 |
Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые (5-10) км2. Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города, рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных зонах - жилой, промышленной и зоны отдыха. В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются также и вблизи автомагистралей.
Для обеспечения оптимальных условий проведения стационарных наблюдений отечественной промышленностью выпускаются стандартные павильоны-посты наблюдений или комплектные лаборатории типа ПОСТ. Лаборатория ПОСТ - это утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, проведения метеорологических измерений: скорости и направления ветра, температуры, влажности. Практически все стационарные пункты контроля загрязнения оборудованы комплектными лабораториями ПОСТ-1. Выпускаются и устанавливаются более новые модификации лаборатории - ПОСТ-2 и ПОСТ-2a, которые отличаются более высокой производительностью отбора проб и степенью автоматизации.
На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими параметрами должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий. Для постов наблюдений, как правило, устанавливаются три программы наблюдения: полная, неполная и сокращенная. По полной программе наблюдения проводятся ежедневно (выходные-воскресенья, субботы - чередуются) в 1, 7, 13 и 19 часов местного декретного времени, либо по скользящему графику: вторник, четверг, суббота - 7, 10 и 13 ч; понедельник, среда, пятница - 15, 18 и 21 ч. Наблюдения по первой программе предусматривают измерения содержания в воздухе как основных, так и специфических загрязняющих веществ. По неполной программе наблюдения проводятся ежедневно (воскресенья и субботы чередуются), но только в 7. 13 и 19 ч местного декретного времени.
В районах, где температура воздуха ниже 45oС, наблюдения проводятся по сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья, в 7 и 13 ч по местному декретному времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить также в местах, где средние месячные концентрации меньше 1/20 ПДКмр или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.
При неблагоприятных метеорологических условиях (туман, продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех постах наблюдений должен производиться через каждые 3 ч. Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных источников загрязнения на территории наибольшей плотности населения. Подфакельные наблюдения осуществляются за характерными для данного предприятия примесями.
Стационарный пункт контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха представляет собой либо стационарный павильон типа ПОСТ, либо домик размером 3х3х3 м. Он устанавливается, как правило, на специально оборудованных гидрометеорологических станциях (ГМС), огороженных металлической сеткой с размером ячеек 10х10 см. Площадь огороженной площадки составляет 5х10 м, а высота сетки - 1,2-1,5 м. Площадка должна располагаться на расстоянии не менее десяти высот до ближайшего здания и не менее 30 м от дорог. Площадка должна иметь травяной покров. Не допускается высаживание других растений, тем более кустарников и деревьев.
На территории ГМС не ближе 4 м от домика и ограды устанавливается марлевый планшет для сбора радиоактивных выпадений и термолюминесцентный дозиметр. Установку для отбора проб воздуха лучше размещать в специальной будке с жалюзи, приподнятой над поверхностью земли на 80 - 100 см. Выброс воздуха, прошедшего через фильтры установки типа "Тайфун", должен производиться обязательно в противоположную от планшета сторону. Если стационарный пункт не обеспечен электропитанием (трехфазное (5-10) кВт), то вместо фильтрующей установки допускается использование марлевого конуса.
Наблюдение за радиоактивностью атмосферного воздуха осуществляется систематически круглый год. Смена марли на планшетах и вертикальных экранах, а также фильтров в установках производится ежедневно в 7 ч 30 мин утра по местному декретному времени. С фильтрующих установок фильтры могут сниматься как через 24 ч - в 7 ч 30 мин, - так и через 12 ч, т.е. два раза в сутки. При двухразовом отборе установлено время работы установок: с 7 ч 30 мин до 13 ч 30 мин и с 19 ч 30 мин до 1 ч 30 мин. Скорость воздуха в установке определяется с помощью расходомеров УС-125 или УС-175-12 три раза в сутки: в 7ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.
Средняя скорость воздуха, проходящего через фильтры, помещенные в кассетный фильтродержатель, определяется по формуле:
|
(2.1) |
где V1, V2 и V3 - значения скорости соответственно в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин следующих суток (км/ч). Объем прошедшего через фильтры воздуха (Q, м3/ч) находится из соотношения:
|
(2.2) |
где S-площадь сечения сопла измерительной насадки (S = 70 см 2), t - время работы установки, ч.
Для определения количества воздуха, прошедшего через экран, ручной анемометр помещают над центром экрана, и скорость ветра измеряют четыре раза в сутки: в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин, 19 ч 30 мин и 1 ч 30 мин. Среднюю скорость ветра определяют как среднее арифметическое, а объем воздуха, прошедшего через экран, находят по уравнению:
|
(2.3) |
здесь S1 - площадь экрана, м2; t - время экспозиции экрана, с: f-продуваемость экрана, равная примерно 45%.
Маршрутный пост наблюдений - место на определенном маршруте в городе. Онпредназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижной аппаратуры. Маршрутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с помощью автолабораторий. Такая передвижная лаборатория имеет производительность около 5000 отборов проб в год, в день на такой машине можно произвести отбор 8 - 10 проб воздуха. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором - в порядке их убывания, а в третий - с середины маршрута к концу и от начала к середине и т.д.
Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях (0,2 - 0,5); 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности. В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах минимум должен быть не меньше 25. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20 - 30, мин не менее чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно отобрать пробы последовательно в 5 - 8 точках.
4//Аэрокосмический мониторинг (АКМ): задачи АКМ, продолжительность функционирования систем АКМ, способы выявления изменений при АКМ, требования к материалам аэрокосмических съемок для целей АКМ, примеры АКМ разных уровней.
Аэрокосмический
мониторинг
Система
наблюдения при помощи самолетных,
аэростатных средств, спутников и
спутниковых систем называется аэрокосмическим
методом мониторинга.
Аэрокосмический
мониторинг подразделяется
на:
Ø Дистанционный
мониторинг -
совокупность авиационного и космического
мониторингов. Иногда в это понятие
включают слежение за средой с помощью
приборов, установленных в труднодоступных
местах Земли (в горах, на Крайнем Севере),
показания которых передаются в центры
наблюдения с помощью методов дальней
передачи информации (по радио, проводам,
через спутники и т. п.).
Ø Авиационный
мониторинг осуществляют
с самолетов, вертолетов и других
летательных аппаратов (включая парящие
воздушные шары и т. п.), не поднимающихся
на космические высоты (в основном из
пределов тропосферы).
Ø Космический
мониторинг -
мониторинг с помощью космических средств
наблюдения.
Оперативное
слежение и контроль за состоянием
окружающей среды и отдельных ее
компонентов по материалам дистанционного
зондирования и картам называют
аэрокосмическим (или картографо-аэрокосмическим)
мониторингом.
Аэрокосмический
мониторинг позволяет одновременно
получать объективную информацию и
оперативно выполнять картографирование
территории практически на любом уровне
территориального деления: страна -
область - район - группа хозяйств
(землепользование) - конкретное
сельскохозяйственное угодье -
культура.
Материалы
дистанционного зондирования получают
в результате неконтактной съемки с
летательных воздушных и космических
аппаратов, судов и подводных лодок,
наземных станций. Получаемые документы
очень разнообразны по масштабу,
разрешению, геометрическим, спектральным
и иным свойствам. Все зависит от вида и
высоты съемки, применяемой аппаратуры,
а также от природных особенностей
местности, атмосферных условий и т.п.
Главные качества дистанционных
изображений, особенно полезные для
составления карт, - это их высокая
детальность, одновременный охват
обширных пространств, возможность
получения повторных снимков и изучения
труднодоступных территорий. Снимки
дают интегрированное и вместе с тем
генерализованное изображение всех
элементов земной поверхности, что
позволяет видеть их структуру и связи.
Благодаря этому данные дистанционного
зондирования нашли в картографии
разнообразное применение: их используют
для составления и оперативного обновления
топографических и тематических карт,
картографирования малоизученных и
труднодоступных районов (например,
высокогорий). Наконец, аэро- и космические
снимки служат источниками для создания
общегеографических и тематических
фотокарт.
Существует
несколько основных направлений применения
материалов дистанционного зондирования
в целях картографирования:
Ø составление
новых топографических и тематических
карт;
Ø исправление
и обновление существующих
карт;
Ø создание
фотокарт, фотоблок-диаграмм и других
комбинированных фото картографических
моделей;
Ø составление
оперативных карт и мониторинг.
Составление
оперативных карт - это один из важных
видов использования космических
материалов. Для этого проводят быструю
автоматическую обработку поступающих
дистанционных данных и преобразование
их в картографический формат. Наиболее
известны оперативные метеорологические
карты. В оперативном режиме и даже в
реальном масштабе времени можно
составлять карты лесных пожаров,
наводнений, развития неблагоприятных
экологических ситуаций и других опасных
природных явлений. Космофотокарты
применяют для слежения за созреванием
сельскохозяйственных посевов и прогноза
урожая, наблюдения за становлением и
сходом снежного покрова на обширных
пространствах и тому подобными ситуациями,
сезонной динамикой морских
льдов.
Мониторинг
предполагает не только наблюдение за
процессом или явлением, но также его
оценку, прогноз распространения и
развития, а кроме того - разработку
системы мер по предотвращению опасных
последствий или поддержанию благоприятных
тенденций. Таким образом, оперативное
картографирование становится средством
контроля за развитием явлений и процессов
и обеспечивает принятие управленческих
решений.
Система
аэрокосмического мониторинга позволяет
регулярно и оперативно
проводить:
Ø инвентаризацию
земельного фонда земель сельскохозяйственного
назначения;
Ø ведение
земельного кадастра;
Ø уточнение
карты землепользования;
Ø инвентаризацию
селитебных земель, их инфраструктуры
(городов, поселков, деревень, в том числе
больших "неперспективных" и
заброшенных);
Ø инвентаризацию
земель мелиоративного фонда;
Ø оценку
мелиоративного состояния земель и
ведение динамического мелиоративного
кадастра;
Ø подготовку
и систематическое обновление каталогов
земель, находящихся в фонде
перераспределения;
Ø контроль
над темпами освоения новых
земель;
Ø разработку
экологического обоснования
природопользования в районах традиционного
и нового сельскохозяйственного
освоения;
Ø планирование
рационального землепользования,
проведение своевременной инвентаризации
очагов (зон) дефляции, водной и ветровой
эрозии, деградации почв и растительного
покрова;
Ø инвентаризацию
земель, включенных в состав природоохранного,
рекреационного и историко-культурного
назначения, а также особо ценных
земель;
Ø составление
карт динамики природных и антропогенных
процессов и явлений;
Ø составление
прогнозных карт неблагоприятных
процессов, активизирующихся в результате
нерациональной хозяйственной
деятельности;
Ø сопряжение
картографической информации со
статистическими данными.
Съемки
ведут в видимой, ближней инфракрасной,
тепловой инфракрасной, радиоволновой
и ультрафиолетовой зонах спектра. При
этом снимки могут быть черно-белыми
зональными и панхроматическими, цветными,
цветными спектрозональными и даже - для
лучшей различимости некоторых объектов
- ложноцветными, т.е. выполненными в
условных цветах. Следует отметить особые
достоинства съемки в радиодиапазоне.
Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно
проходят через облачность и туман.
Ночная темнота тоже не помеха для съемки,
она ведется при любой погоде и в любое
время суток.
2.
Динамика
природной среды и экологический
прогноз
Для
наблюдения за динамикой природной среды
целесообразно использовать регулярную
съемку нескольких десятков экологических
полигонов ("горячих точек"), где
неблагоприятные процессы идут особенно
интенсивно и захватывают больше площади.
Речь идет в первую очередь о космическом
слежении за такими процессами,
как:
Ø сокращение
площади и падение продуктивности пастбищ
в результате опустынивания, перевыпаса,
нарушения растительного и почвенного
покрова, ветровой эрозии;
Ø сокращение
площади лесов, снижение их возраста и
продуктивности, ухудшение состава
насаждений вследствие вырубок,
заболачивания, эрозии почв;
Ø поражение
лиственных и хвойных лесов, посевов
сельскохозяйственных культур вредителями
и инфекциями;
Ø понижение
плодородия почв из-за уменьшения
содержания гумуса, ухудшения их структуры,
водной эрозии;
Ø сокращение
площади пашни вследствие отчуждения
земель под несельскохозяйственное
использование;
Ø подтопление,
заболачивание, засоление почв в результате
гидротехнического строительства и
эксплуатации гидромелиоративных
систем;
Ø понижение
плодородия и продуктивности земель при
осушении болот и пойм;
Ø сокращение
площади лесов, пастбищ и полей, загрязнение
почв и повреждение растительности в
результате геотехнических
работ;
Ø абразия
(разрушение) берегов, просадочные,
оползневые и другие изменения геологической
среды;
Ø загрязнение
почв и повреждение растительности
вокруг городов и промышленных
предприятий;
Ø загрязнение
их стоками водных экосистем.
Частота
аэрокосмической съемки при изучении
динамики экосистем должна зависеть от
их особенностей. Среди экосистем выделяют
четыре класса:
Ø стабильные,
требующие обновления детальной информации
раз в 10 лет и реже;
Ø слабодинамичные
– раз в 6-10 лет;
Ø умеренно
динамичные – раз в 3-5 лет;
Ø сильнодинамичные
– раз в 1-2 года.
Большой
интерес представляет моделирование
динамики по результатам многократной
(повторенной три раза и более) съемки.
По фотографиям разных лет за представительный
период прослеживаются тренды (т.е.
направленные изменения без учета
случайных отклонений год от года).
Динамика площадей с антропогенными
нарушениями (например, рост площади
разбитых песков, смытых почв, засоленных
земель, горных выработок, отвалов породы
и т.п.) хорошо распознаваема на
аэрокосмических снимках. Математическое
описание тренда отражает тот факт, что
экологические события нарастают
лавинообразно и содержат в своей основе
экспоненту.
Здесь
уместно заметить, что, осуществляя
мониторинг и составляя прогнозы, ученые,
естественно, не ограничиваются пассивным
созерцанием неблагоприятных явлений.
Аэрокосмические снимки – документы, в
соответствии с которыми разрабатываются
рекомендации, поступающие в правительственные
органы и учитывающиеся при
планировании.
Следующим
шагом в аэрокосмическом мониторинге
является слежение за развитием простых
систем типа ресурс-резерв. Здесь уже по
повторным снимкам выявляются два тренда,
характеризующие увеличение потребления
"ресурса" и сокращение "резерва"
Точка пересечения этих трендов
соответствует году качественного
перелома, когда из-за исчерпания резервов
начинают уменьшаться ресурсы.
Наконец,
наиболее труден аэрокосмический
мониторинг сложных, многоэлементных
систем. Для анализа их динамики по
повторным фотографиям строятся так
называемые матрицы переходов, в которые
заносятся все площади, изменившие
состояние за период времени между
съемками. Такой метод дает возможность,
во-первых, составить пространственную
балансовую модель динамики сложной
системы в ближайшем
будущем.
3.
Использование
аэрокосмического мониторинга для
изучения природных ресурсов Земли
Структура
космической системы изучения природных
ресурсов Земли:
Рис.
1 Структура космической системы изучения
природных ресурсов Земли
Блок-схема
1. Структура космической системы изучения
природных ресурсов
Структура
космической системы ИПРЗ принципиально
состоит из системы управления структурой
и четырех основных подсистем: получения
космической информации, дополнительной
дистанционной информации, сбора и
хранения информации, обработки
информации.
Подсистема
получения космической информации включает:
космические носители измерительной
аппаратуры - искусственные спутники
Земли, пилотируемые космические корабли
(ПКК) и орбитальные станции (ОС);
измерительную аппаратуру, устанавливаемую
на космических носителях; аппаратуру,
передающую полученную информацию
на Землю (на пункты приема информации
- ППИ) в подсистему сбора информации.
Данные, полученные с помощью космической
измерительной подсистемы, содержат для
каждого отдельного элемента природного
объекта информацию о его состоянии. Эти
данные передаются на пункты приема
информации и оттуда в банк данных
подсистемы сбора информации на
хранение.
Подсистема
получения дополнительной дистанционной
информации объединяет
средства и методы получения дистанционной
информации о природных и антропогенно
измененных объектах, осуществляемых в
основном в пределах тропосферы.
В
эту подсистему включены: авиационные
средства (самолеты-лаборатории и
вертолеты); суда-лаборатории, буйковые
станции, наземные передвижные лаборатории,
установленная на этих носителях
измерительная аппаратура, установленная
на них аппаратура, передающая получаемую
информацию на пункт приема информации.
В
структуру космической системы изучения
природной среды Земли и Мирового океана
в подсистему получения дополнительной
информации включены также
научно-исследовательские суда-лаборатории,
буйковые станции и наземные передвижные
лаборатории.
В
состав судов-лабораторий входят
научно-исследовательские суда,
экспедиционные суда, морские, озерные
и речные суда, специально построенные
или перестроенные из другого типа судов
для комплексных исследований и для
проведения различных специальных
исследований (геофизических,
гидробиологических и др.) в толще водных
масс, морского дна, атмосферы и космического
пространства.
Буйковые
станции (автоматические станции) снабжены
специальной аппаратурой для получения
определенных типов информации через
спутники на пункты приема информации,
космической системы изучения природных
ресурсов.
Наземные
передвижные лаборатории позволяют
получать достоверные и точные данные
о природных объектах, процессах и данные
на локальных участках земной поверхности.
Наземные измерения выполняют синхронно
космическими и авиационными измерениями
точно в момент прохождения космических
аппаратов и авиасредств над данной
точкой.
Наземные
измерения служат базой для проведения
необходимых методических работ, связанных
с проблемой идентификации природных
ресурсов и изучения их свойств на основе
сопоставления и корреляции различных
данных дистанционного зондирования с
данными непосредственных наземных
измерений.
Все
вышесказанное относится к измерениям,
выполняемым судами-лабораториями и
автоматическими буйковыми
станциями.
Основные
требования, предъявляемые к измерениям
(данным), получаемым в подсистемах
космической и дополнительной дистанционной
информации: синхронность получения
всех видов информации; метрологическое
единство всех видов измерений;
репрезентативность наземных и измерений
с самолета относительно территорий,
охватываемых космической съемкой;
сопоставимость масштабов и разрешающей
способности всех видов измерений;
оперативность доставки информации с
самолета и наземной в пункты приема и
обработки космической информации.
Подсистема
сбора и хранения информации формирует
банк данных огромного и постоянно
меняющегося объема различного вида
информации.
Задачи
этой подсистемы - формирование, хранение
и управление базой данных, нахождение
необходимой для определенных конкретных
целей информации и оперативная передача
ее в блок подсистемы обработки
информации.
База
данных должна содержать:
Ø разновременные
и разномасштабные материалы космических
и аэрофотосъемок;
Ø характеристики
измерительной аппаратуры;
Ø результаты
наземных (натурных) измерений (выполненных
синхронно с космическими съемками)
параметров состояния природной среды
в отдельных пунктах земной
поверхности;
Ø разновременные
и разномасштабные картографические
материалы (топографические и специальные
тематические карты);
Ø статистические
и другие данные.
Эта
структура (сбора, хранения, управления
базой данных) подсистемы должна обеспечить
оперативный обмен информацией между
ее частями и доступ к ней подсистемы
обработки информации.
Подсистема
обработки информации заключается
в оперативной обработке полученной из
банка данных информации и выдаче
результатов обработки в виде
картографических материалов в требуемом
масштабе.
Обрабатывают
материалы визуально-инструментальным
(с использованием оптико-механических
приборов) методом и с использованием
ЭВМ и переводом данных с компьютера в
цифровую карту.
Выходные
документы - тематические и специальные
карты, схемы, графики, таблицы, методические
материалы и т. п. Они должны быть получены
в результате картографической,
экономико-статистической и другой
информации об изучаемых районах с
обязательным использованием результатов
наземных обследований в наиболее
характерных природных, сельскохозяйственных,
гидрогеолого-мелиоративных и
водохозяйственных зонах изучаемых
регионов в соответствии с разрабатываемыми
уровнями системы мониторинга.
Таким
образом, основная цель работ по внедрению
и развитию методов аэрокосмического
мониторинга в отрасли - совершенствование
установления корреляционных связей
между оптическими свойствами экологических
комплексов (природных и антропогенно
измененных), отраженными на аэрокосмических
изображениях, и их свойствами в системе
различных природных признаков (физической,
биологической, химической и др.),
направленными на выявление существующих
зависимостей между геологическим
строением местности и ее рельефом,
гидрографией, почвами, растительностью
и другими элементами ландшафта, для
разработки и совершенствования методов
региональных комплексных исследований,
оценки природно-экологических и
антропогенных условий территории при
проектировании и проведении
землеустроительных мероприятий с целью
сохранения экологического равновесия.
Глава
2. Сферы применения аэрокосмического
мониторингаАэрокосмический
мониторинг месторождений нефти и
газа
На
современном этапе реализация проектов
обустройства и эксплуатации месторождений
нефти и газа предполагает наряду с
разработкой проектов технологических
решений выполнение комплекса мероприятий
связанных с охраной окружающей среды.
Важным элементом проектных решений
является разработка программы
производственного экологического
мониторинга и ее практическая реализация
на стадии эксплуатации месторождений.
Это требует оценки состояния (загрязнения)
природных компонентов окружающей среды,
которые включают: атмосферный воздух,
поверхностные и подземные воды, почвенный
покров, растительность и животный мир.
Наряду с оценкой степени загрязнения
природных компонентов объектами
наблюдения экологического мониторинга
являются опасные геологические процессы
и явления, воздействие которых на
технологические объекты может привести
к авариям, и, соответственно, загрязнению
природных компонентов.
В
настоящее время, в соответствии с
нормативными документами, проведение
экологического мониторинга осуществляется
на трех основных стадиях:
Ø предпроектной
(предстроительный или фоновый
мониторинг);
Ø проектной
(строительный мониторинг);
Ø эксплуатационной
(эксплуатационный мониторинг).
Для
проведения мониторинга используются
аэрокосмические наблюдения, наблюдения
с наземных стационарных и передвижных
пунктов, а также результаты, полученные
в ходе проведения всего спектра инженерных
изысканий.
Особое
место в данном перечне используемых
систем наблюдения отводится аэрокосмическим
комплексам. Это, в первую очередь, связано
с возможностью использования широкого
диапазона наблюдений исследуемой
территории, как по детальности и площади
ее отображения, так и по возможности
анализа физических свойств объектов в
различных зонах электромагнитного
спектра. Данные свойства аэрокосмических
изображений позволяют их с успехом
использовать как на начальных стадиях
проведения фонового мониторинга, так
и в ходе проведения строительного и
эксплуатационного мониторинга. Успешная
реализация данных решений возможна
лишь при оптимальных выборах технологических
маршрутов получения исходных изображений
и их цифровой обработки. Следует отметить,
что требования к проведению аэрокосмического
мониторинга определяются стадией
проводимых наблюдений и, соответственно,
перечнем решаемых при этом задач.
В
ходе проведения фонового мониторинга
по материалам аэрокосмических съемок
решаются следующие задачи:
Ø осуществляется
привязка изображений к топооснове
разных масштабов и существующим схемам
ландшафтного, геоструктурного,
инженерно-геологического и других видов
районирования;
Ø выявляются
участки развития опасных геологических,
гидрометеорологических и техно-природных
процессов и явлений;
Ø выявляются
техногенные элементы ландшафта и
инфраструктуры, влияющие на состояние
природной среды (промобъекты, транспортные
магистрали, трубопроводы, карьеры и
др.);
Ø выполняется
предварительная оценка негативных
последствий прямого антропогенного
воздействия (ареалов загрязнения, гарей,
вырубок и других нарушений растительного
покрова, изъятия земель и
т.п.);
Ø осуществляется
слежение за динамикой изменения
экологической обстановки;
Ø определяется
количество и место расположения точек
наземной локальной сети мониторинга.
При
этом рекомендуется выполнять:
предварительное дешифрирование (до
проведения полевых работ), полевое
дешифрирование (в процессе проведения
полевых работ), окончательное дешифрирование
(при камеральной обработке материала,
выполнении экстраполяционных операций
и составлении отчета).
На
основании результатов сбора материалов
и данных о состоянии природной среды и
предварительного дешифрирования
составляются схематические экологические
карты и схемы хозяйственного использования
территории, предварительные легенды,
ландшафтно-индикационные таблицы,
оценочные шкалы и классификации, а также
планируются наземные маршруты с учетом
расположения выявленных источников
техногенных воздействий.
В
настоящее время для решения данного
класса задач используются как известные
зарубежные программные комплексы ERDAS,
ENVI, ArcGIS, так и разработанные в последнее
время отечественные комплексы ScanMagic
(фирма Scanex) и геоинформационная система
АГИР (Агентство Геоинформатики и Риска).
Данные системы реализуют комплексную
обработку и анализ, как полученной
видеоинформации, так и уже существующей
картографической информации, обеспечивая
на конечном этапе создание многослойных
тематических геоинформационных
продуктов, лежащих в основе оценки
состояния наблюдаемых природных
компонентов
Использование
специализированных программных продуктов
позволяет существенно повысить
эффективность и качество обработки
аэрокосмических изображений применительно
к конкретным задачам мониторинга.
В
качестве примера реализации такого
подхода на рисунке 2 представлены образцы
аэрокосмического мониторинга нефтяного
месторождения на стадии эксплуатации.
Рис.2
Комплексный анализ динамики развития
месторождения на разновременных
космических изображениях и
аэроизображении
Представленные
материалы иллюстрируют возможности
использования материалов аэрокосмических
съемок при решении классических задач
мониторинга площадных территорий
месторождений на стадии эксплуатации.
Следует
отметить, что возможный симбиоз последних
достижений получения цифровых изображений
и геоинформационных технологий,
существенно расширяет возможности
повышения эффективности решения
классических задач экологического
мониторинга. Это возможно только при
разработке достаточного количества
классификаторов объектовой информации
и повышения степени автоматизации
процессов комплексного анализа и
отображения получаемой информации на
основе интегрированных геоинформационных
технологий.
2.2.
Комплексный
космический мониторинг прибрежных
акваторий
Одним
из наиболее важных направлений изучения
Мирового океана является исследование
его прибрежных зон. Это обусловлено
тем, что в прибрежных зонах проживает
более половины населения Земли и они
подвергаются интенсивным антропогенным
воздействиям. Кроме того, в настоящее
время шельф и континентальный склон
начинают интенсивно осваивать для
добычи природных ресурсов, что существенно
усиливает антропогенную нагрузку на
эти области.
Основными
источниками антропогенных воздействий
на моря и океаны, и прежде всего на
прибрежные акватории, являются:
промышленное производство; добыча
полезных ископаемых и углеводородного
сырья; сброс промышленных и хозяйственных
вод непосредственно в море или с речным
стоком; поступление с суши различных
веществ, применяемых в сельском и лесном
хозяйствах; преднамеренное захоронение
в море загрязняющих, в том числе
радиоактивных, веществ; утечка различных
веществ в процессе судовых операций;
аварии на морском транспорте и военных
кораблях; аварийные
выбросы с подводных трубопроводов;
туристическая и рекреационная
деятельность; перенос загрязняющих
веществ через атмосферу и т.п.
Неуклонное
нарастание суммарного воздействия
многих источников загрязнений приводит
к прогрессирующей эвтрофикации и
микробиологическому загрязнению морской
воды, что существенно затрудняет её
использование для различных нужд
человека. Высокая концентрация
загрязняющих веществ антропогенного
происхождения в приповерхностном слое
океана вызывает нарушение баланса
экосистем и снижение биопродуктивности
акваторий. В связи с этим актуальными
становятся организация мониторинга
морской среды и создание соответствующих
систем, важное место среди которых
занимают аэрокосмические средства.
2.2.1.
Роль космических средств для мониторинга
прибрежных акваторий
За
последнее время достигнуты значительные
успехи в области развития аэрокосмических
методов и технологий дистанционного
зондирования океана. Перспективность
их использования для решения задач
мониторинга акваторий, в том числе
прибрежных, основана на возможности
регистрации современной дистанционной
аппаратурой широкого спектра значимых
параметров водной среды. К ним относятся,
прежде всего:
-
вариации гидрооптических характеристик,
в первую очередь цвета и мутности, за
счет флуктуаций коэффициентов рассеяния
и поглощения света при изменениях
концентрации взвешенных и поглощающих
веществ;
-
изменения гидродинамических параметров
(поля течений, внутренние волны,
турбулентность, циркуляционные движения
и др.), приводящие к деформациям
поверхностного волнения и изменениям
характеристик приповерхностного слоя
океана;
-
вариации температуры в областях полей
течений, апвеллинга, взаимодействия
турбулентности и внутренних волн с
водной поверхностью и др.;
-
флуктуации параметров физико-химических
полей океана, приводящие к изменениям
температуры, солености, диэлектрической
проницаемости, концентрации тяжелых
металлов и т.п.;
-
вариации биологических параметров
(концентрация основных биогенных
элементов (азота, кислорода, фосфора),
кислотность, состояние фитопланктона
в океане и др.);
-
появления нефтяных пленок и изменения
концентрации пленок поверхностно-активных
веществ за счет растворенной органики,
приводящие к изменениям цвета, температуры,
амплитудно-частотных характеристик
волнения;
-
вариации уровня океана, вызванные
приливно-отливными процессами,
геострофическими течениями, волнами
цунами и т.п.
Кроме
этого, достаточно высокий уровень
достигнут в области обработки космических
данных, а также в усвоении больших
потоков информации, полученной при
комплексном мониторинге различных
физических, химических и биологических
полей океана с использованием спутниковых
и подспутниковых средств.
При
космическом мониторинге прибрежных
акваторий могут решаться следующие
задачи:
-
исследование динамики прибрежных вод
(поверхностных течений, океанических
фронтов, турбулентности и циркуляционных
движений различных масштабов,
взаимодействия внутренних и поверхностных
волн, механизмов переноса массы и энергии
и т.д.).
-
исследование различных гидрофизических
полей в толще вод прибрежных акваторий
по эффектам на поверхности и в
приповерхностном слое;
-
оценки углеродного бюджета прибрежных
вод и оценка их вклада в углеродный
цикл;
-
исследование биопродуктивности и
биоразнообразия прибрежных акваторий;
-
выявление загрязнений прибрежных вод,
обусловленных различными источниками;
-
изучение изменения экосистем в прибрежных
зонах морей и океанов под влиянием
естественных и антропогенных факторов;
-
комплексные исследования состояния и
изменчивости прибрежных акваторий, в
том числе при антропогенных воздействиях;
-
изучение зон апвеллинга;
-
мониторинг ледовой обстановки (в северных
морях);
-
определение рельефа дна в шельфовых
зонах и его изменений под воздействием
разных процессов;
-
исследование приливно-отливных явлений
в региональном масштабе;
-
предупреждение катастрофических
природных процессов в прибрежных
акваториях (цунами, подводные землетрясения
и т.п.) и оценка их последствий.
Перечисленный
(не исчерпывающий) набор задач, решаемых
космическими средствами дистанционного
зондирования океана, свидетельствует об
их широких возможностях. Поэтому
космические методы и средства уже
сегодня играют значительную роль в
мониторинге океана и его прибрежных
зон. В ближайшем будущем их значение
для решения этой актуальной задачи
будет существенно возрастать.