Экологическое картографирование
61.Эколого-географическое картографирование — одно из наиболее актуальных и сложных направлений современной тематической картографии. Оно призвано служить основой для решения задач рационального природопользования, охраны природы, экологической политики и на этой базе экологических проблем народонаселения, экономики и социальной сферы. Картографический метод исследования – метод научного исследования, в котором карта выступает как модель изучаемого объекта и промежуточное звено между объектом и исследователем. К.м.и. располагает большим числом приемов анализа карт, с помощью которых исследуют структуру и морфологию явлений с их количественной морфометрической и статистической оценкой; изучают динамику и развитие явлений; дают оценку природного, социально-экономического, экологического состояния; проводят инженерно-географические изыскания для определения возможностей хозяйственного, рекреационного и др. освоения территорий; выполняют индикационные и прогнозные исследования; намечают меры по предотвращению риска опасных явлений и улучшению экологических ситуаций и т. д. Исследования выполняют либо по отдельным картам, либо по атласам и сериям карт разной тематики и разновременным. Наиболее эффективно применение К.м.и. в комплексе с дистанционными методами, математическим моделированием, методами частных наук. Геоинформационные технологии в значительной мере опираются на К.м.и.
Картографические источники – картографические произведения и др. графические, цифровые, текстовые документы, используемые для составления и обновления карт. Различают К.и. астрономо-геодезические, съемочно-картографические, аэрокосмические, кадастровые, экономико-статистические, цифровые, текстовые, данные натурных и лабораторных измерений, теоретические и эмпирические закономерности. Любое картографическое произведение может рассматриваться как К.и. для создания другого картографического произведения.
Для экологического обоснования размещения и использования объектов недвижимости разрабатывается экологический раздел, содержащий картографические и другие графические материалы. Существующие нормативно-методические и инструктивные материалы по подготовке градостроительных проектов содержат перечень графических материалов, необходимых для разработки на различных стадиях проектирования. Но в этом перечне не рассматриваются принципы создания эколого-географических карт и состав картографируемых явлений, учитываемых при принятии экологически обоснованных решений. Таким образом, в современной управленческой практике актуальна проблема разработки теоретических и методических основ эколого-географического картографирования в проектировании. Данные, получаемые при анализе эколого-географических карт, являются основой для нормативных документов в области проектирования и строительства.
Экологические критерии, стандарты и нормативы
В экологическом проектировании используют экологические
критерии, нормы и стандарты.
Экологические критерии – признаки, на основании которых производится оценка, определение или классификация экологических систем, процессов и явлений.
Выделяют следующие экологические критерии:
- природозащитные (для сохранения целостности
экосистемы, популяции или вида); - антропоэкологические (воздействие на человека);
- эколого-ресурсные (воздействие на ресурсы);
- эколого-социальные (воздействие на социум);
- эколого-хозяйственные (воздействие на системы
природа – население – хозяйство);
- качества окружающей среды – признаки, по которым производится оценка качества природной среды и отдельных компонентов и элементов ландшафта.
Экологический стандарт – количественный и качественный показатель состояния природных объектов или природных процессов. Экологический стандарт входит в систему правовых актов, устанавливающих режим использования природных ресурсов.
В Российской Федерации существует следующий перечень постоянно обновляющихся стандартов:
- Охраны и преобразования ландшафтов (Ландшафты);
- Рационального использования и охраны недр (Недра);
- Охраны и использования почв (Почвы);
- Улучшения использования земель (Земли);
-Охраны и использования вод (Гидросфера);
- Охраны атмосферы (Атмосфера);
-Рационального использования биологических ресурсов (Биологические ресурсы);
- Охраны флоры (Флора);
- Охраны фауны (Фауна).
Также разрабатываются стандарты на радиоактивность и радиоактивное загрязнение, шум, вибрацию, электромагнитные волны, воздействие транспорта, промышленные и бытовые отходы, сточные воды и их осадки, минеральные удобрения, безопасность в чрезвычайных ситуациях, слежение за
воздействием (мониторинг), рекультивация и пищевые продукты.
Государственные стандарты – это узкофункциональные руководства, регламентирующие различные виды хозяйственной деятельности, объясняющие и определяющие термины, а также некоторые задачи, связанные с планированием и проектированием.
В ФЗ «Об охране окружающей среды» (2002) указаны три вида нормативов качества окружающей среды:
1. Нормативы химических показателей состояния среды (ПДК отходы, сточные воды и их осадки, минеральные удобрения,
безопасность в чрезвычайных ситуациях, слежение за воздействием (мониторинг), рекультивация и пищевые продукты.
Государственные стандарты – это узкофункциональные руководства, регламентирующие различные виды хозяйственной деятельности, объясняющие и определяющие термины, а также некоторые задачи, связанные с планированием и проектированием.
Экологические нормативы. Норма – это установленная мера или средняя величина, т.е. наиболее вероятное состояние объекта.
В систему экологических нормативов и стандартов входят:
- нормативы качества окружающей среды;
-нормативы использования природных ресурсов;
-нормативы предельно допустимого воздействия на окружающую среду;
- экологические стандарты;
- нормативы санитарных и защитных зон.
Нормирование допустимого загрязнения природной среды начало развиваться в России в 30-е годы, в связи с принятием
«Правил об условиях сброса сточных вод в водоѐмы» (1939). В 50-х годах было начато нормирование предельно допустимого загрязнения атмосферы. Нормативы воздействия на природу в виде ПДВ и ПДС начали действовать в Российской Федерации с 70 – 80-х годов 20-го века.
Нормативы качества окружающей среды устанавливаются в целях сохранения экологических систем, генетического фонда
растений, животных и безопасности жизнедеятельности населения.
В ФЗ «Об охране окружающей среды» (2002) указаны три вида нормативов качества окружающей среды:
1. Нормативы химических показателей состояния среды (ПДК химических веществ в воздухе, воде, почве, растениях, включая радиоактивные вещества).
162. Нормативы физических показателей состояния среды, в том числе радиоактивности, электромагнитности, вибрации, шума.
3. Нормативы биологических показателей состояния окружающей среды, в том числе видов и групп растений, животных и других организмов, используемых как индикаторы при оценке качества среды, а также ПДК микроорганизмов. Используемые в экологическом проектировании нормативы
качества окружающей среды выступают как критерии еѐ состояния и определяются предельно допустимыми нормативами вредных воздействий.
В практической деятельности нормативы качества
окружающей среды объединяют в три группы:
1. Санитарно-гигиенические нормативы;
2. Нормативы, устанавливающие требования к источнику вредного воздействия;
3. Нормативы, регламентирующие различные виды деятельности.
Санитарно-гигиенические нормативы – это ПДК вредных веществ в воздухе, воде, почве. Требования к источнику вредного воздействия устанавливают нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ) и предельно допустимых сбросов в воду (ПДС), а также нормативы предельно допустимых уровней вредных физических воздействий (шума, облучения, радиационного воздействия) и разрешения на вывоз и захоронение твѐрдых отходов.
Различные виды деятельности регламентируют
следующие нормативы и правила:
- предельно допустимые нагрузки на окружающую
природную среду;
- рациональное использование природных ресурсов;
- землепользование и лесопользование;
- квоты вылова рыбы и отстрела диких животных;
- строительные и градостроительные правила;
- нормативы санитарно-защитных зон;
- экологические требования к технике, технологии, продукции;
-требования к экологическому обоснованию
хозяйственной деятельности; лицензирование экологической деятельности. В качестве критериев оценки состояния окружающей среды служат показатели естественного ненарушенного состояния природных комплексов или фоновые параметры среды. Нормативные показатели, характеризующие меру возможного воздействия на природу, устанавливают на основе специальных исследований или в результате экспертных оценок. Исключить попадание вредных веществ в окружающую среду в силу экономических и технологических причин невозможно, поэтому приходиться вводить нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Все существующие нормы ПДК представляют собой компромисс между допустимым и реально существующим уровнем загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы. Нормативные показатели, использующиеся для мониторинга, делятся на две основные группы: санитарно-гигиенические и экологические. Санитарно-гигиенические показатели устанавливаются исходя из требований экологической безопасности населения, но они не учитывают реакции других организмов на загрязнение. Поэтому для оценки состояния природной среды используют также экологические критерии, которые рассматриваются как мера антропогенного воздействия на экосистемы и ландшафты. К ним относятся индикаторы состояния воздуха, вод, почв и биогеоценотического покрова в целом, а также важное место занимают биоиндикаторы. Сочетание разнообразных критериев дает возможность получить комплексную оценку экологической ситуации. Существует много подходов к решению данной задачи, но в целом поиск комплексных показателей состояния окружающей среды остается сложной и до конца не решенной задачей.
62. При картографировании загрязнения воздушной среды возникает необходимость быстрой обработки большого количества разнообразной информации. В зависимости от степени сложности применяемой при этом математической модели количество входных параметров может сильно варьироваться. Привлечение более точных моделей влечет за собой введение новых типов данных. Использование инструментов современных ГИС позволяют автоматизировать обработку необходимой исходной информации и получать результаты с высоким пространственно-временным разрешением.
В общем случае все исходные данные для картографирования загрязнения воздушного бассейна промышленного города можно разбить на три основных типа:
- данные по структуре и объемам выбросов, типам и свойствам источников загрязнения, привязанных к карте;
- данные по условиям распространения загрязнения, включающие метеорологические данные, граничные условия для метеорологических полей;
- данные о рельефе и свойствах подстилающей поверхности, над которой происходит перенос загрязнения (шероховатость, альбедо и др.).
Весь процесс создания карт загрязнения с использованием ГИС-технологий можно разбить на несколько этапов.
На первом этапе подготавливается картографическая основа. Она представляет собой набор тематических слоев, которые, во-первых, содержат исходную информацию для моделирования (расположение источников загрязнения, рельеф, ландшафт ), во-вторых, отражают информацию, необходимую для анализа результатов и получения окончательной карты загрязнения. На этом этапе определяются размеры области, соответствующие поставленной задаче. Подготавливается база данных по источникам загрязнения. Производится привязка данных к карте.
Второй этап включает в себя непосредственную подготовку к моделированию. Поскольку данные о метеорологических полях, рельефе и свойствах подстилающей поверхности представляют собой неоднородные по пространству величины, для численного моделирования загрязнения, которое проводится, как правило, на некоторой регулярной сетке, непрерывные по пространству данные такого типа приводятся к дискретному виду.. На этом этапе подготовки данных привлекаются современные инструменты ГИС, позволяющие автоматизировать процессы трансформации и генерализации первоначальной информации на карте.
Третий, завершающий этап, включает в себя проведение расчетов по модели. На этом этапе производится окончательная обработка результатов и получение карт оценки или прогноза загрязнения.
При моделировании загрязнения воздушной среды промышленного центра выделяют три типа источников воздействия: промышленные предприятия, автомобильный транспорт и частный сектор.
Влияние различных источников на загрязнение атмосферы не одинаково. Вклад в общее загрязнение атмосферы не зависит прямо пропорционально от его доли в общем валовом выброое вещества и изменяется по мере увеличения расстояния от источника.
Формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников.
В случае наличия одиночного источника, расположенного в местности, где нет фонового загрязнения атмосферы, разные направления ветра при расчетах не рассматриваются.
В тех случаях, когда предусматривается выброс веществ, обладающих суммацией вредного действия с веществами, характерными для фонового загрязнения атмосферы, по месту расположения предприятия должен запрашиваться фон для всей комбинации веществ с суммирующимся вредным действием. Такой фон выдается приведенным к фону наиболее распространенного из этих веществ. В этом случае при проведении расчетов выбросы всех указанных веществ приводятся к выбросам того же наиболее распространенного вредного вещества, после чего расчеты загрязнения атмосферы выполняются обычным образом, как для одного вредного вещества.
Рассеивание в атмосфере вредных веществ от источников, имеющих различные параметры выбросов, рассчитывают, начиная с определения для всех источников каждого вредного вещества максимальных приземных концентраций, то ( при отсутствии учета суммарного воздействия нескольких вредных веществ или фонового загрязнения атмосферы ) дальнейший расчет рассеивания этого вещества в атмосфере не обязателен.
Расчетные точки часто выбираются только в секторе местности, ориентированном в сторону города или другого основного населенного пункта, хотя атмосфера над находящимися в других направлениях селами, деревнями, районами перспективной жилой застройки подлежит охране в неменьшей степени. Нормативы качества воздуха ( ПДК ) устанавливаются вне зависимости от численности населения. При расчетах загрязнения атмосферы во всех направлениях от предприятия имеется возможность гораздо более полно учесть фоновое загрязнение атмосферы, оценить загрязнение атмосферы по территории лесов, садов, зон отдыха и др. и предотвратить возможное нанесение им ущерба.
Природоохранительные функции связаны прежде всего с глобальным мониторингом окружающей среды. Она проводит мероприятия по оценке загрязнения атмосферы различными веществами и из разных источников, оценку трансграничного переноса загрязняющих веществ, их глобального распространения в низких слоях атмосферы, а также по изучению воздействия на озоновый слой земли.
Атмосферные загрязнители подразделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом их превращений. Например, поступающий в атмосферу диоксид серы окисляется кислородом воздуха до триоксида серы, который затем, взаимодействуя с водяными парами, образует капельки серной кислоты. При оценке загрязнения атмосферы учитывают период пребывания в ней загрязняющих веществ. В атмосферу одновременно могут поступать вещества, оказывающие на живые организмы сходное воздействие.
Для расчета максимальных приземных концентраций вредных веществ в атмосфере от нагретых источников необходимы сведения о средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца. Для отопительных котельных, часто требуется информация о средней температуре наружного воздуха самого холодного месяца, для которого характерны наибольшие выбросы вредных веществ.
Разработанная на основе системы экологического мониторинга моделирующая система «Оценка состояния атмосферы города по результатам математического моделирования и данным наземных постов контроля» позволяет, например : определять уровни загрязнения атмосферы конкретного города по данным о выбросах от стационарных источников, а также от автотранспорта ; оценивать вклад различных источников в общую картину загрязнения ; прогнозировать уровни загрязнения атмосферы при различных метеоусловиях.
В общем случае, система экологического мониторинга атмосферы осуществляется на постах наблюдения. Но так как невозможно установить датчики на каждый источник выбросов, включая автотранспорт, то приходится идти на сочетание инструментальных и аналитических средств мониторинга, при котором производят инструментальные замеры в некоторых представительных точках и затем расчетным путем с использованием математических моделей получают информацию об уровне загрязнения атмосферы и выбросах.
Тепловое загрязнение обычно связано с промышленными выбросами теплой воды и различных газов. Тепловое загрязнение водоемов вызывает их эфтрофикацию, изменяется видовой состав в водоеме. Тепловое загрязнение атмосферы может происходить также в результате поступления в атмосферу парниковых газов. Такое тепловое загрязнение носит вторичный характер.
Для прогноза загрязнения атмосферы весьма большое значение имеет наличие критериев его опасности. При разработке соответствующих методов прогноза ставится задача учесть эти критерии, т. е. установить, в каких случаях степень концентрации вредных примесей в воздухе достигает определенных критических значений и насколько последние могут быть превышены. В зависимости от величины этого превышения могут быть даны рекомендации о количественной характеристике необходимого уменьшения вредных выбросов и его продолжительности.
Интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха ИЗА.
Используемая в России характеристика суммарного загрязнения — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) позволяет учитывать концентрации примесей многих веществ, измеренных в городе, и представить уровень загрязнения одним числом. ИЗА есть суммарное загрязнение воздуха в долях ПДК диоксида серы.
В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается низким, если ИЗА ниже 5, повышенным при ИЗА от 5 до 6, высоким при ИЗА от 7 до 13 и очень высоким при ИЗА равном или больше 14. Ежегодно выделяются города с самым высоким уровнем загрязнения воздуха, в которых ИЗА равен или выше 14.
Нормативы загрязнения атмосферного воздуха
Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом.
Поэтому в Российской Федерации, как и во всем мире, для загрязняющих веществ, как правило, установлены 2 норматива:
норматив, рассчитанный на короткий период воздействия загрязняющих веществ. Данный норматив называется «предельно допустимые максимально–разовые концентрации».
норматив, рассчитанный на более продолжительный период воздействия (8 часов, сутки, по некоторым веществам год). В Российской Федерации данный норматив устанавливается для 24 часов и называется «предельно допустимые среднесуточные концентрации».
ПДК - предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного действия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособности человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Величины ПДК приведены в мг/м3. (ГН 2.1.6.695-98)
ПДКМР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.
ПДКСС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.
63.Информационное обеспечение. Использование аэрокосмического мониторинга в экологических исследованиях. 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. 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).
Очень важное достоинство - повторность съемок, т.е. фиксация состояния объектов в разные моменты времени и возможность прослеживания их динамики. Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования: . составление новых топографических и тематических карт; . исправление и обновление существующих карт; . создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей; . составление оперативных карт и мониторинг.
Картографический метод создания глобальной системы мониторинга предполагает развертывание работ при обследовании и изучении любой территории в двух основных направлениях:
1. создание базовой инвентаризационной картографической документации, отражающей современное состояние и оценку природных ресурсов;
2. картографирование динамики изменений природной среды, предусматривающее обновление инвентаризационных карт, создание специальных карт динамики и прогноза, т. е. систематическое картографическое слежение за состоянием природной среды и ее изменениями, обусловленными хозяйственной деятельностью людей.
65. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ Как правило, под водными ресурсами понимают пригодные для использования массы водоемов и водотоков, а также подземных скоплений влаги, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы. Водные ресурсы используют в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. Различают два вида использования водных ресурсов: водопользование и водо- (влаго) потребление. При водопользовании вода не изымается из водоемов и не расходуется, а лишь потребляется для выполнения определенных функций. Это - гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, лесосплав, рекреационные цели и др. При водопотреблении вода забирается из водных объектов, при этом часть ее теряется безвозвратно, часть расходуется промышленностью, сельским хозяйством и на коммунальные нужды. Ресурсы для целей водо- и влагопотребления характеризуются стоком и испарением. Их соотношение меняется под влиянием хозяйственной деятельности, поэтому для описания общих потенциальных ресурсов воды необходимы также данные об атмосферных осадках (сумме стока и испарения). По условиям водообеспеченности в России различают три зоны: а) высокой водообеспеченности, где удельные водные ресурсы превышают 6 л/сек на км2 (все северные регионы, Дальний Восток); б) средней водообеспеченности, где удельные водные ресурсы измеряются 2 - 6 л/сек на км2 (Центр, Урал, юг Западной Сибири, Восточная Сибирь); в) низкой водообеспеченности, где удельные водные ресурсы не достигают 2 л/сек на км2 (Ставрополье, Заволжье, Нижнее Поволжье, Барабинская низменность в Западной Сибири, Забайкалье, Центральная Якутия). По запасам почвенной влаги на полях страна делится на зоны: * избыточного увлажнения (таежные районы); * достаточного увлажнения (южнотаежные районы); * неустойчивого увлажнения (лесостепь Русской равнины и Западной Сибири); * недостаточного увлажнения (степи центрально-черноземных областей; Предкавказья и юга Западной Сибири); * засушливую (сухие степи Приазовья, Калмыкии и Заволжья); * крайне засушливую (полупустыня Прикаспия); * безводную (пустыня в низовьях Волги). Рекой называется естественный водный поток, текущий по одному и тому же месту (руслу) постоянно или с перерывами на сухой сезон (пересыхающие реки). Озера - естественные водоемы, представляющие собой заполненные водой углубления в земной поверхности с выработанным воздействием ветрового волнения и течений профилем береговой зоны и замедленным водообменом. От реки озеро отличается, как правило, отсутствием течения, обусловленного уклоном русла, от моря — отсутствием двусторонней связи с океаном.Каждое озеро состоит из трех взаимно связанных составных частей: 1) котловины — формы рельефа земной коры, 2) воды и растворенных в ней веществ — части гидросферы и 3) растительного и животного населения водоема — части живого вещества планеты. восемь главных генетических типов озер:1) тектонические озера, располагающиеся в трещинах, сбросах, грабенах и отличающиеся значительной глубиной и размерами. К ним относятся озера: Каспийское, Ладожское, Онежское, Байкал, Иссык-Куль, Севан, озера африканского грабена (Виктория, Ньяса, Танганьика и др.), американские Великие озера (Эри, Онтарио, Гурон, Мичиган, Верхнее);2) вулканические озера, занимающие кратеры потухших вулканов или располагающиеся среди лавовых полей. Распространены они в районах современной или древней вулканической деятельности (Исландия, Италия, Япония, Камчатка, Закавказье и др.);3) ледниковые эрозионные озера, возникшие в выпаханных ледниками котловинах на крупных кристаллических массивах (Кольский п-ов, Карелия, Скандинавия, Альпы, Кавказ), и ледниковые аккумулятивные озера, расположенные среди моренных, отложений областей древнего оледенения (Прибалтика, Канада, север США и др.);4) гидрогенные озера, связанные с эрозионной и аккумулятивной деятельностью речных и морских вод. К ним относятся старицы, плесы пересыхающих рек, озера речных дельт, озера морских побережий: лагуны — отчлененные от моря наносами заливы, лиманы — устьевые участки рек, отделенные от моря косами или барами озера Кубанских плавней, лиманы Черноморского побережья и т. д.); 5) провальные озера (карстовые, суффозионные, термокарстовые), возникающие под действием подземных вод или при таянии льда в грунте. Карстовые озера образуются в районах залегания известняков, доломитов, гипсов, в которых в результате химического воздействия подземных вод образуются пустоты и провалы (Урал, Крым, Кавказ, Горьковская и Архангельская области и т. д.). Суффозионные озера возникают в районах, где подземные воды вымывают и выносят некоторые цементирующие соли и мельчайшие частицы, вызывая просадки (типичны для юга Западной Сибири). Термокарстовые озера образуются в районах многолетней мерзлоты на участках протаивания ее и связанного с ним проседания грунта (Сибирь, Забайкалье, зона тундры);6) эоловые озера — водоемы, отгороженные песчаными дюнами или образованные в котловинах выдувания, созданных ветром (Казахстан);7) запрудные (подпрудные) озера, возникающие обычно в горных системах в результате преграждения речных долин обвалами или оползнями. Примером может служить Сарезское озеро на Памире в долине р. Мургаб;8) органогенные озера, образующиеся дамбами из растений внутри болот или среди коралловых построек (аттолов). Искусственные водоемы, созданные при помощи гидротехнических сооружений и имеющие полный объем более 1 млн м3, называются водохранилищами. почти все водохранилища образуются путем подпора рек плотинами, большинство водохранилищ предназначается для регулирования естественного стока рек в целях комплексного использования водных ресурсов; для всех водохранилищ ) характерны возрастание глубины по направлению к плотине, весьма замедленные по сравнению с рекой водообмен и скорости течения воды, неустойчивость летней термической и газовой стратификации и некоторые другие особенности. Водное хозяйство, отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учётом, планированием комплексного использования водных ресурсов, охраной поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения и транспортировкой их к месту назначения (потребления). Основная задача В. х. — обеспечение всех отраслей народного хозяйства водой в необходимом количестве и соответствующего качества. По характеру использования водных ресурсов отрасли народного хозяйства делятся на водопотребителей, которые часто безвозвратно изымают воду из её источников (рек, водоёмов, водоносных пластов), — промышленность, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство (для промышленного, бытового и с.-х. водоснабжения, орошения, обводнения), и водопользователей, которые обычно используют не самоё воду, а её энергию или водную среду, — гидроэнергетика, водный транспорт, рыбоводство и др.
Предельно допустимая концентрация (ПДК)— утвержденный в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной) среде, практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных последствий. Значения ПДК, устанавливаемые на основании экспериментальных данных о токсичности и иных привходящих обстоятельств, не одинаковы в разных странах и периодически пересматриваются. Для установления ПДК используют расчётные методы, результаты биологических экспериментов, а также материалы динамических наблюдений за состоянием здоровья лиц, подвергшихся воздействию вредных веществ. В последнее время широко используются методы компьютерного моделирования, предсказания биологической активности новых веществ, биотестирование на различных объектах Экологическое состояние водоемов складывается в результате взаимодействия факторов самоочищения и техногенной нагрузки и определяется путем стационарных и экспедиционных исследований. Показатели экологического состояния водоемов включают значительное число гидрохимических и гидробиологических характеристик. Для водоемов, используемых в хозяйственно-бытовых и рекреационных целях, установлено 11 показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсичных веществ), в том числе и ПДК для 420 веществ.
Для водоемов, используемых в рыбохозяйственных целях, установлено девять основных показателей состава и свойств воды (содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание токсичных веществ), в том числе и ПДК для 72 веществ. Классы загрязнённости воды Для оценки качества воды в реках и водоёмах их разделяют по загрязнённости на несколько классов. Классы основаны на интервалах индекса загрязнённости воды (ИЗВ), представляющий собой агрегированный показатель, основанный на нескольких факторах, таких как концентрация загрязняющих веществ (нитратов, нитритов, аммонийного азота, тяжёлых металлов, нефтепродуктов и др.), характеристики гидробионтов, трофность и сапробность водоёмов. Классы загрязнённости в скобках — интервал ИЗВ очень чистые (< 0,25) чистые (0,25 .. 0,75) умеренно-загрязнённые (0,75 .. 1,25) загрязнённые (1,25 .. 1,75) грязные (1,75 .. 3,00) очень грязные (3,0 .. 5,0) чрезвычайно грязные (> 5,0) Комплексной оценкой качества вод является индекс загрязненности вод (ИЗВ). С 2006 года введено новое наименование - удельный комбинаторный индекс загрязненности вод (УКИЗВ) – комплексный показатель степени загрязненности вод. Он условно оценивает в виде безразмерного числа долю загрязняющего эффекта, вносимого в общую степень загрязненности воды, обусловленную одновременным присутствием ряда загрязняющих веществ, в среднем одним из ингредиентов и показателей качества воды. Позволяет проводить сравнения степени загрязненности воды в различных створах и пунктах при условии различия программы наблюдения. Вода считается
«очень чистой»(1 класс), если ИЗВ менее или равно 0,3
«чистой»(II класс), если ИЗВ более 0,3 до 1
«умеренно загрязненной»(III класс), если ИЗВ более 1 до 2,5
«загрязненной»(IV класс), если ИЗВ более 2,5 до 4
«грязной»(V класс), если ИЗВ более 4 до 6
«очень грязной»(VI класс), если ИЗВ более 6 до 10
«чрезвычайно грязной»(VII класс), если ИЗВ более 10
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.
Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют “тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды” Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.
Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворимых кислот, щелочей и другие. Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения вызываются остатками растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. Загрязнения животного происхождения - это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества.
ГосТы по охране водных ресурсов
ГОСТ Р 8.608-2004 ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА И ОБЪЕМА ВОДЫ СЛИЧЕНИЕМ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ (СЧЕТЧИКАМИ) РАСХОДА И (ИЛИ) ОБЪЕМА ВОДЫ. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ - ГОСТ Р 8.613-2005 ГСИ. Методики количественного химического анализа проб вод. Общие требования к разработке (с датой введения в действие с 1 июля 2006 года) - ГОСТ 17.1.1.01-77 Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения - ГОСТ 17.1.1.02-77 Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов - ГОСТ 17.1.1.03-86 Охрана природы. Гидросфера. Классификация водопользований - ГОСТ 17.1.1.04-80 Охрана природы. Гидросфера. Классификация подземных вод по целям водопользования - ГОСТ 17.1.2.03-90 Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели качества воды для орошения - ГОСТ 17.1.3.01-76 Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны водных объектов при лесосплаве - ГОСТ 17.1.3.02-77 Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны вод от загрязнения при бурении и освоении морских скважин на нефть и газ - ГОСТ 17.1.3.04-82 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения пестицидами - ГОСТ 17.1.3.05-82 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами --- ГОСТ 17.1.3.06-82 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране подземных вод - ГОСТ 17.1.3.07-82 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков - ГОСТ 17.1.3.08-82 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества морских вод - ГОСТ 17.1.3.10-83 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами при транспортировании по трубопроводу - ГОСТ 17.1.3.11-84 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения минеральными удобрениями - ГОСТ 17.1.3.12-86 Охрана природы. Гидросфера. Общие правила охраны вод от загрязнения при бурении и добыче нефти и газа на суше - ГОСТ 17.1.3.13-86 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения - ГОСТ 17.1.4.01-80 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных и сточных водах - ГОСТ 17.1.5.01-80 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность - ГОСТ 17.1.5.02-80 Охрана природы. Гидросфера. Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов - ГОСТ 17.1.5.04-81 Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод. Общие технические условия - ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков - ГОСТ 18294-2004 Вода питьевая. Метод определения содержания бериллия - ГОСТ 27384-2002 Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств - ГОСТ 30813-2002 Вода и водоподготовка. Термины и определения - ГОСТ Р 51232-98 ВОДА ПИТЬЕВАЯ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ И МЕТОДАМ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА - ГОСТ Р 51592-2000 ВОДА. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОТБОРУ ПРОБ - ГОСТ Р 51593-2000 Вода питьевая. Отбор проб - ГОСТ Р 51657.4-2002 Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах. Измерение расходов воды с использованием водосливов с треугольными порогами. Общие технические требования - ГОСТ Р 51657.5-2002 Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах. Способ измерения расходов воды с использованием ультразвуковых (акустических) измерителей скорости. Общие технические требования - ГОСТ Р 51797-2001 ВОДА ПИТЬЕВАЯ. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ - ГОСТ Р 52109-2003 Вода питьевая расфасованная в емкости. Общие технические условия - ГОСТ Р* 52180-2003 Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионной вольтамперометрии - ГОСТ Р 52211-2004 Вода питьевая. Определения содержания анионов методами ионной хроматографии и капиллярного электрофореза - - ГОСТ Р 52315-2005 НАПИТКИ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЕ. ВОДА МИНЕРАЛЬНАЯ И ПИТЬЕВАЯ. ИНВЕРСИОННО-ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕЛЕНА - ГОСТ Р 52406-2005 Вода. Определение нефтепродуктов методом газовой хроматографии (с датой введения в действие с 1 января 2007 г.) - ГОСТ Р 52407-2005 Вода питьевая. Методы определения жесткости (с датой введения в действие с 1 января 2007 г.) - - ГОСТ Р 52426-2005 Вода питьевая. Обнаружение и количественный учет Escherichia coli и колиформных бактерий. Часть I. Метод мембранной фильтрации (с датой введения в действие с 1 января 2007 г.) - ГОСТ Р 52708-2007 Вода. Метод определения химического потребления кислорода (с датой введения в действие с 1 июля 2008 г.) - ГОСТ Р 52730-2007 Вода питьевая. Методы определения содержания 2,4-Д (с датой введения в действие с 1 июля 2008 г.) КОМПЛЕКСНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ - многостороннее отображение на картах природных и социально-экономических явлений с учетом их взаимосвязей; осуществляется путем создания серии взаимосвязанных тематических карт или их целостного набора (напр., атлас).
Техногенные системы и экологический риск
67.Динамическое равновесие в ОС. Организм и окружающая его внешняя среда находятся в динамическом равновесии. Под влиянием антропогенных воздействий происходит изменение физических и химических характеристик среды, что ведет к нарушению динамического равновесия природных экосистем. Такая ситуация делает особо важными исследования, позволяющие определять качество или здоровье среды, степень ее комфортности для живых организмов.
Согласно Закона внутреннего динамического равновесия (ЗВДР) — "вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархий взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят.
Сдвигая динамическое равновесие (квазистационарное) состояния природных систем с помощью значительных вложений энергии (например, путем распашки, применения пестицидов и других агротехнических приемов), люди нарушают состояние экологических компонентов, достигая увеличения полезной продукции или состояния среды, благоприятного для жизни и деятельности человека
Гидрологический цикл
Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков. Скорость оборота для воды выше, чем для углекислого газа.
Гидрологический цикл начинается с испарения воды с поверхности океана. По мере того, как влажный воздух поднимается, он охлаждается и водяной пар конденсирует, в результате чего образуются облака. Влажность переносится вокруг земного шара до тех пор, пока не возвращается на поверхность земли в качестве осадков. Когда вода достигает земли, может произойти один из двух процессов: 1) часть воды может испариться обратно в атмосферу или 2) вода может пройти через поверхность и стать грунтовой водой. Грунтовая вода либо прокладывает свой путь в океаны, реки и ручейки, либо возвращается обратно в атмосферу через транспирацию. Баланс воды, которая остается на поверхности земли, осуществляется с помощью стока - вода посредством озер, рек и ручейков движется к океанам, где цикл начинается снова".
Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше — положение обратное.
Круговорот энергии и вещества
Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.
В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие.
Фотоситез
— образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света.
В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.
Фотосинтез, являющийся одним из самых распространенных процессов на Земле, обуславливает природные круговороты углерода, кислорода и других элементов и обеспечивает материальную и энергетическую основу жизни на нашей планете. Фотосинтез является единственным источником атмосферного кислорода.
В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
Природные ресурсы
Природные ресурсы - это тела и силы природы, которые на данном этапе развития производительных сил общества могут быть использованы в качестве предметов потребления или средств производства, и общественная полезность которых изменяется (прямо или косвенно) под воздействием деятельности человека.
Невозобновляемые, к которым относят: а) все виды минеральных ресурсов или полезные ископаемые. Они как известно, постоянно образуются в недрах земной коры в результате непрерывно протекающего процесса рудообразования, но масштабы их накопления столь незначительны, а скорости образования измеряются многими десятками и сотнями миллионов лет.
. Возобновляемые ресурсы, к которым принадлежат: а) ресурсы растительного и б) животного мира. И те и другие восстанавливаются довольно быстро, и объемы естественного возобновления хорошо и точно рассчитываются.