Мониторинг и управление состоянием водных объектов

МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

ОБЪЕДИНЕННЫЕ ИЗДАНИЯ

Водные ресурсы России и их использование (оценка водных ресурсов и их изменений)

Издание содержит обобщенные данные о ресурсах, балансе, ка­честве и использовании поверхностных и подземных вод по терри­тории бассейнов крупных рек и водоемов, административных и экономических районов России в целом, а также анализ и оценку тенденций изменения водных ресурсов страны.

Мониторинг — процесс систематического или непрерывного сбора информации о параметрах сложного объекта или процесса.

Мониторинг — систематический сбор и обработка информации, которая может быть использована для улучшения процесса принятия решения, а также, косвенно, для информирования общественности или прямо как инструмент обратной связи в целях осуществления проектов, оценки программ или выработки политики. Он несёт одну или более из трёх организационных функций:

• выявляет состояние критических или находящихся в состоянии изменения явлений окружающей среды, в отношении которых будет выработан курс действий на будущее;
• устанавливает отношения со своим окружением, обеспечивая обратную связь в отношении предыдущих удач и неудач определенной политики или программ;
• устанавливает соответствия правилам и контрактным обязательствам.

Применительно к водному кадастру мониторинг осуществляется по уровням воды, стоку, химическому составу природных и антропогенных вод, использованию водных ресурсов.

Общие принципы организации мониторинга и управления ресурсами водных объектов:

• подготовку информации о состоянии окружающей среды, прогноз влияния хозяйственной деятельности на природу и разработку рекомендаций по экологически безопасному развитию региона для систем поддержки принятия решений;

• обмен информацией о состоянии окружающей среды (импорт-экспорт данных) с информационными системами в других регионах России и других странах.

• Структурная схема региональной экологической информации должна состоять из трех уровней:

1. Наблюдения и первичная обработка результатов мониторинга.

2. Системный анализ информации о состоянии окружающей среды.

3. Поддержка принятия решений.

С помощью полученной информации выполняется системный комплексный анализ с использованием разного уровня сложности программных средств и методов оценки воздействия на окружающую среду: от простейших экспертных оценок до сложных имитационных математических моделей. На так называемом нижнем уровне используются сложные разнообразные ГИС. На верхнем же уровне, уровне руководителей, принимающих решения, используются сведения, полученные с помощью экспертных систем. Экспертная система представляет собой набор математических моделей, экспериментальных данных и специальных критериев, правил, определенных экспертами-специалистами. Для каждого типа данных об окружающей среде создается набор (банк) математических моделей. На первом этапе любая модель рассматривается как гипотеза. В том случае, если модель отвергается по экспериментальным данным, противоречит известным фактам, происходит переход к другим моделям. Априорные знания принимаются для планирования эксперимента, выбора моделей из множества пригодных для описания изучаемого объекта и выбора критериев для обоснования, какие модели из имеющихся лучше использовать в том или ином случае. Результаты моделирования проверяются на достоверность в рамках той или иной статистической процедуры.

Упрощенные методические подходы для принятия решений, в частности, в системе организации экологической безопасности, широко применяемой и в природоохранных организациях, называются "Оценки воздействия на окружающую среду" (ОВОС). Они направлены на выявление и прогнозирование ожидаемого влияния на среду обитания, здоровье населения со стороны разных мероприятий, которые могут повлиять на состояние окружающей среды.

В методологическом плане можно говорить об имеющемся в настоящее время существенном разрыве между проведением исследований, ведением экологического мониторинга и принятием управленческих решений в сфере природопользования.

Этот разрыв является характерным для продолжающей доминировать в современном мире парадигмы природопользования, которая заключается в том, что вначале осуществляется масштабная и зачастую плохо контролируемая деятельность, вызывающая грубые деформации в окружающей среде. Только после этого, как правило, в полной мере осознается необходимость наблюдений и исследований, идет осмысление ситуации, и принимаются меры для снижения уровня антропогенных воздействий и снятия остроты экологических проблем (не решаемых, впрочем, до конца).

Суть же вопроса заключается в том, что мониторинг воздействия на окружающую среду осуществляется в настоящее время в достаточно узкой области. Государственное управление природопользования осуществляется именно по механизму нормирования предельно допустимых воздействий, а не по механизму установления критических порогов состояния природных сред и биоты (т.е. фактически наблюдаемых природных объектов). Другими словами, даже если мониторинг покажет наличие негативных тенденций в изменении состояния природных объектов и экосистем, то принять по-настоящему эффективное и юридически обоснованное управленческое решение в рамках старой системы нормирования предельно допустимых воздействий оказывается практически очень трудным.

Таким образом, из приведенного выше анализа можно сделать общий вывод, что развитие системы экологического мониторинга, как и системы управления природопользованием в целом, следует увязывать не столько с существующей системой нормирования предельно допустимых воздействий на окружающую среду, сколько с переходом к новой системе нормирования, а именно к системе нормирования предельных состояний природных объектов и экосистем различных таксономических рангов.

Систему экологического мониторинга можно при этом определить как целостную и взаимоувязанную совокупность следующих основных функциональных элементов:

• правовых норм и управленческих решений, определяющих создание, функционирование и развитие системы (т.е. «правил игры»);

• организационных структур, включая органы управления, службы наблюдения и контроля, аккредитованные аналитические лаборатории, информационно-аналитические центры и др.;

• комплекса технических средств ведения мониторинга, включая станции и посты наблюдения, а также средств приема, обработки и передачи информации;

• методов наблюдений и обработки данных, метрологического обеспечения, моделей состояния объектов мониторинга, а также моделей анализа ситуаций и прогнозирования;

• информационных ресурсов;

• финансовых и кадровых ресурсов.

Наблюдения за загрязнением поверхностных вод в РФ в последние годы по гидрохимическим показателям проводились на 1132 водных объектах, отбор проб выполнялся в 1788 пунктах на 2454 створах. Наблюдения за загрязнением поверхностных вод по гидробиологическим показателям осуществлялись на 120 водных объектах, отбор проб проводился в 156 пунктах. Сеть комплексного мониторинга загрязнений природной среды и состояния растительности включает 30 постов. Контроль химического состава осадков, их кислотности осуществляется на 131 станции федерального уровня. Контроль загрязнения снежного покрова проводится в 484 пунктах.

Ежегодно в РФ издается доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации», кроме того, сокращенный вариант доклада обычно публикуется в газете «Зеленый мир», что делает его доступным для широкой общественности. По данным этого издания, качество воды большинства водных объектов в РФ не отвечало нормативным требованиям. Наиболее распространенными загрязнениями водных объектов являются нефтепродукты, фенолы, соединения металлов, органические вещества. В последние годы из-за экономической ситуации сохраняется устойчивая тенденция сокращения водозабора, общего сброса использованных вод, однако при этом сброс загрязненных вод практически не изменился. В ряде регионов сброс загрязненных вод даже вырос за счет таких отраслей, как цветная металлургия, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность. При общем уменьшении водоотведения доля загрязненных вод возросла. Сложившаяся ситуация с загрязнением водных объектов объясняется недостаточной эффективностью существующих устаревших очистных сооружений, резким сокращением введения в строй новых очистных сооружений. Большая часть воды, поставляемая населению РФ, берется из поверхностных источников. Высокое содержание хлоридов и сульфатов в питьевой воде приводит к росту заболеваний сердечно-сосудистой системы, распространению желчнокаменной болезни и другим заболеваниям.

Конечная цель мониторинга заключается в реализации мероприятий (называемых экологическим нормированием), направленных на ограничения антропогенного воздействия на экосистемы или биосферу в целом.

В информационных системах мониторинга в западных и, в частности, в скандинавских странах организованы "сверху" - государством, в то время как в нашей стране - "снизу" (Ecological information.., 1996). Главная цель ЕГСЭМ - улучшить совместимость измерений и координации мониторинга на федеральном, территориальном и местном уровнях, а также внутри отраслей промышленности. Другая задача - улучшить интеграцию и анализ данных. До сих пор плохо организован даже первый важный этап информационных систем - метабазы данных (данные о данных), сводящих воедино всю имеющуюся информацию, полученную в разных министерствах, ведомствах, организациях. Разработка доступных систем метаинформации должна быть первоочередной при разработке и развитии интегрированных и лучше скоординированных систем. Система мониторинга тесно связана с географическими информационными системами.

С целью повышения эффективности работ по сохранению и улучшению состояния окружающей природной среды, обеспечению экологической безопасности Правительство Российской Федерации Постановлением от 24.11.93 N1229 "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга" (ЕГСЭМ) определило порядок организации системы наблюдения за состоянием окружающей природной среды в России. Государственный мониторинг водных объектов (ГМВО) проводится в соответствии с Водным кодексом Российской Федерации и Постановлением Правительства РФ № 307 от 14 марта 1997 "Об утверждении Положения о ведении государственного мониторинга водных объектов".

Государственный мониторинг водных объектов включает:

• регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями;

• создание и ведение банков данных;

• оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных и качественных показателей поверхностных и подземных вод.

ГМВО является составной частью системы государственного мониторинга окружающей среды. Он состоит из:

• мониторинга поверхностных водных объектов суши и морей;

• мониторинга подземных водных объектов;

• мониторинга водохозяйственных систем и сооружений.

ГМВО осуществляется с 1997 г. Министерством природных ресурсов Российской Федерации (МПР РФ) совместно с Росгидрометом и другими специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды на единой геоинформационной основе.

Например, в Республике Карелия, в которой находится около 60 000 озер и 27 000 рек наблюдательная сеть состоит из 20 гидрометеостанций, около 100 гидрологических постов (в 80-х гг. их было более 200). Наблюдения за качеством воды осуществляются на 40 объектах мониторинга.

В 1994 г. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ решило, что в ряде регионов РФ будут созданы региональные системы экологического мониторинга. В комплексный экологический мониторинг ВО были вовлечены институты РАН, что существенно расширило возможности реализации этой системы. Сетью наблюдений в 1992-2002 гг. в Карелии было охвачено около 100 водных объектов, имеющих примерно 190 станций (створов) наблюдений.

На локальном уровне мониторинг водных объектов осуществляют водопользователи, которые ведут систематические наблюдения за водными объектами в порядке, определяемом территориальными органами МПР РФ, и представляют данные наблюдений в указанные органы.

Мониторинг озер осуществляется по нескольким направлениям: мониторинг качества воды, степени загрязнения и трофического состояния водоемов по химическим и биологическим показателям, мониторинг водохозяйственных систем и сооружений и эколого-токсикологический контроль сточных вод. Контроль за химическим составом воды и донных отложений включает определение их основных физико-химических параметров (минерализация, электропроводность, ионный состав воды, органическое вещество, биогенные элементы, микроэлементы, хлорофилл «а», растворенные газы), а также загрязняющих веществ (нефтепродукты, тяжелые металлы, фенолы, фурфурол, лигносульфонаты). Биоиндикация вод проводится по различным трофическим звеньям (бактерио-, фито- и зоопланктон, макрозообентос) и включает определение видового разнообразия, биомассы и численности гидробионтов, на основании которых устанавливаются уровень трофии водоема, структурно-функциональные изменения биоты во времени. Для оценки качества воды применяется метод сапробных индикаторов с учетом региональных особенностей функционирования гидробиоценозов, с изменениями и дополнениями для условий Карелии. Эколого-токсикологический контроль за сточными водами осуществляется методами биотестирования с использованием 2-х видов тест-объектов - Daphnia magna Straus и Simocephalus serrulatus Koch.

Мониторинг поверхностных водных объектов осуществляется по химическим, гидрологическим, гидробиологическим показателям, а в отдельных случаях изучаются донные отложения водных объектов. Контроль химического состава воды и донных отложений включает определение основных параметров их качества (Лозовик и др., 1998). В Карелии ГМВО гидробиологические исследования проводятся по основным трофическим звеньям.

Измерения включают:

· Физико-химические параметры: Температура, электропроводность, рН, Eh, прозрачность, взвешенные вещества, цветность; сумма ионов, Са+2, Mg+2, Na+1, K+1, НСОЗ-1, S04"2, СГ1, фториды, СО2, 02, процент насыщения кислородом, перманганатная окисляемость, БПК5, органический углерод (С), Фенолы, нефтепродукты, лигносульфанаты, Фосфор (Р) общий, минеральный, взвешенный; азот (N) органический, аммонийный, нитратный, нитритный; железо (Fe) общее и взвешенное; кремний (Si), марганец (Мп), литий (Li), алюминий (А1), тяжелые металлы: Zn, Си, Pb, Cd, Ni, Cr

· Биотические параметры:

Бактериопланктон: численность, количество сапрофитов, коли-индекс. Фитопланктон и зоопланктон: численность, биомасса, количество видов, сапробный коэффициент, основные таксономические группы и виды доминанты.

Бентос: численность, биомасса, сапробный коэффициент или индекс Вудивисса, основные доминирующие группы и виды-индикаторы.

Периодичность наблюдений определяется конкретно для каждого водного объекта.

Параллельно с мониторингом водных объектов осуществлялся мониторинг водохозяйственных систем и сооружений ведомственными лабораториями, подотчетными Министерству экологии и природных ресурсов Республики Карелия, в соответствии с принятой системой статотчетности по форме 2-ТП ВОДХОЗ.

Основной функцией управления является обеспечение надлежащего количества воды соответствующего качества для различных пользователей без нанесения ущерба окружающей среде. Для регулирования управления используют различные стандартные принципы экологической политики, в том числе принципы замкнутости экологической системы, критических нагрузок, превентивных мер, замещения, использования наилучших имеющихся технологий. В Водном Кодексе Российской Федерации определены основные принципы государственного управления в сфере использования и охраны водных объектов:

• Устойчивое развитие (сбалансированное развитие экономики и улучшение состояния окружающей природной среды);

• Сочетание рационального использования и охраны всего бассейна водного объекта и его частей в пределах территорий отдельных субъектов Российской Федерации (сочетание бассейнового и административно-территориального принципов).

При разработке систем управления качеством воды в Водной Директиве ЕС декларируется важнейший принцип: «Вода не является коммерческой вещью подобно другим, а скорее наследием, которое необходимо охранять, защищать и обращаться с ним соответственно». Однако, на самом деле, вода имеет цену, ее охрана, рациональное использование, водоподготовка стоят достаточно дорого.

Объектами и целями управления могут быть водные ресурсы, водохозяйственные системы, качество воды.

Для сохранения качества вод существует концепция критических нагрузок, которая подразумевает недопустимость превышения определенного уровня воздействия на среду, в пределах которого отсутствует ущерб для окружающей среды. Важным требованием является внедрение современных технологий для предотвращения или минимизации воздействия на окружающую среду. Широко используется принцип «загрязнитель платит». Основной задачей водной отрасли в широком смысле является управление и контроль за гидрологическим циклом для обеспечения всех водопользователей. Современное управление или менеджмент качества воды базируется на комбинации экономических и политических механизмов с целью достижения оптимума между решением поставленных задач и эффективностью с точки зрения затрат на их решение. Для реализации этого необходима соответствующая законодательная база. Положения Водного Кодекса Российской Федерации предусматривают следующие необходимые этапы: государственный контроль, мониторинг, нормирование, ведение водного кадастра и др.

Для принятия управленческих решений на разном иерархическом уровне (страны, бассейна, водоема) требуется поэтапная детализация планов по управлению водопользованием, что определяет использование соответствующих подходов, математических моделей разной детальности. На верхнем уровне (регион, крупный речной бассейн) обычно используются оценочные модели. При этом учитываются лишь основные зависимости между параметрами, что позволяет, тем не менее, провести многовариантные расчеты и сопоставить множество альтернатив. Агрегированный характер исходных данных таких моделей обусловливает упрощение большинства параметрических связей и их линеаризацию, а для конкретных водных объектов применяются разнообразные (точечные, одно- двух- и трехмерные) модели. В настоящее время подход бассейнового уровня является основным в управлении. Для рационального использования, восстановления и охраны водных объектов в Российской Федерации существуют бассейновые специально уполномоченные государственные органы управления за использованием и охраной водного фонда. Средством и правовой основой реализации управления является Бассейновое соглашение о восстановлении и охране водных объектов, которое заключается между специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда и органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации, расположенных в пределах бассейна водного объекта.

Системы регулярного мониторинга служат механизмом с обратной связью как для принятия оперативных решений (например, по выдаче разрешений), так и для выработки стратегических политических решений. Проблемы водного хозяйства междисциплинарны и в силу этого сложны для математического формализованного описания. Современным аппаратом для изучения подобных проблем служит системный анализ, который синтезирует различные математические методы, средства численной реализации моделей и способы обработки информации. Разработано много моделей для решения водохозяйственных задач, связанных с изменение системы управления водными ресурсами в условиях ухудшения качества природных вод и перестройки экономической и политической структуры государства. Кроме моделей для водных объектов существуют модели водохозяйственных систем (ВХС), которые могут охватывать большие регионы, включающие в себя самостоятельные административные единицы и отраслевые структуры.

Рассмотрим особенности управления водными объектами на современном этапе. Несмотря на определенное снижение в последнее время экономической активности в районе крупных озер РФ, заметных улучшений качества их воды не отмечается. В результате стало очевидным, что вместе с административными мерами необходимо выработать экономические механизмы оценки нагрузки на природную среду и на основе этого осуществлять управление ресурсами и качеством вод. Для этих целей разработаны экономические оценки ущерба от загрязнения природной среды. Следует отметить, что ассимиляционная способность экологических систем по отношению к загрязнению является одним из существенных факторов поддержания устойчивости их развития. Перечисленные выше понятия связаны с проблемой нормирования качества окружающей среды. При этом отметим, что ограничения ПДК таковы, что иногда снятие этих ограничений экономическими методами управления трудно выполнено. Современным является подход с использованием нормативов допустимых сбросов (НДС) и временно согласованных сбросов (ВСС), которые нуждаются в региональной привязке и обосновании для конкретных водоемов. Они, как правило, формируются для каждого отдельно взятого источника. Важной целью управления является выбор научно обоснованных значений ключевых параметров в экономическом механизме использования природных ресурсов крупных озер. К этим параметрам наряду с НДС и ВСС относятся все базовые нормативы платежей за сброс загрязнений и использование водных ресурсов. В этом случае используются разные математические модели - распространения загрязнений, экосистем для определения реальных нагрузок по каким-то параметрам на водоем. А далее по полученным расчетам вырабатываются прогнозные оценки состояния водоемов при разной нагрузке и установлению размеров платежей и нормативов на сбросы. В качестве такой нагрузки в модели используется величина годового поступления общего фосфора за год с заданным помесячным распределением. Показано, что будет с водоемом, как изменится его экосистема при разной нагрузке. Установлены пределы, при которых не будет происходить эвтрофирование озера. Даются рекомендации по сокращению поступления биогенной нагрузки. И, наконец, принимаются управленческие решения для отраслей, предприятий по сокращению нагрузки. С помощью моделей распространения примесей рассчитывается распределение концентраций загрязняющих веществ, таких как фенолы, нефтепродукты, хлорорганические соединения и тяжелые металлы.

Важным является определение экологических последствий рассчитанной антропогенной нагрузки. В связи с тем, что время реакции экосистемы таких больших водоемов, как Ладожское или Онежское озеро, на изменение антропогенной нагрузки измеряется годами, время проведения прогностических расчетов не должно быть меньше срока, на который предполагается зафиксировать регламенты водопользования. На основе известных данных наблюдений и параметров экосистемы, полученных в результате расчетов, могут быть определены индикаторные характеристики уровня трофии и загрязнения по следующим параметрам: биогенная нагрузка с учетом условного водообмена; прозрачность по диску Секки; годовая первичная продукция фитопланктона; скорость уменьшения содержания кислорода в гипо-лимнионе и др. Степень загрязнения может быть оценена и для отдельных акваторий водоема.

Управленческие решения, основанные на экономических механизмах, требуют определения размеров платежей с использованием имеющихся компьютерных моделей. Однако для реализации этого подхода кроме математических моделей требуется соответствующая информационная база, основанная на мониторинге. Мониторинг является непосредственным звеном системы управления.

Дата добавления: 2015-07-02