Геоэкосистемного мониторинга

Лекция № 12

Тема: Технологическая схема и технологический цикл

1. Технологическая схема геоэкосистемного мониторинга

2. Процедуры технологического цикла

3. Операция выбора места контроля загрязнения с целью первичной оценки и/или отбора проб

1. Технологическая схема геоэкосистемного мониторинга. Мониторинг можно представить как сложный технологический процесс, включающий различные этапы и операции (выбор объектов наблюдений, слежение за их состоянием, обработку полученных данных, оценку сос­тояния среды и др.). Они тесно связаны между собой и должны выполняться в определенной последовательности. Обобщение имеющихся разработок (Израэль, 1977, 1984; Ревзон; 1992 и др.) позволяет выделить три основных этапа процесса мониторинга природных и природно-антропогенных систем: а) обследование территории и выбор объектов наблюдений, б) проведение мониторинговых наблюдений и оценка их результатов; в) моделирование состояний геосистем и экосистем и прогнозирование их изменений при различных режимах природопользования.

На первом этапе проводится комплексное обследование района предстоящих наблюдений с изучением источников антропогенного воздействия и зоны их влияния на окружающую природную среду. В процессе исследований выявляются факторы, определяющие изменения природных систем, направление, степень и пространственные масштабы трансформации, выделяются комплексы, нуждающиеся в защите. В результате обследования и картографирования территории определяются конкретные участки, на которых затем проводятся мониторинговые наблюдения. На каждый участок составляются крупномасштабная ландшафтная карта и характеристики доминантных комплексов, отражающие их исходное состояние.

Основное содержание второго этапа мониторинга - наземные стационарные наблюдения и ежегодное аэрокосмическое обследование, выбранных ранее участков. Результаты наблюдений и обследования используются для оценки изменения природной среды и составления оперативных карт состояния природных и природно-антропогенных комп­лексов на момент их исследования. Они вводятся в банк данных ГИС, что позволяет обновлять имеющиеся карты и строить новые, накапливать материал для выявления закономерностей динамики природных систем и получения информации прогнозного характера. Оценка изменения среды состоит в определении отклонений наблюдаемых характе­ристик от их нормальных величин и установлений ущерба от антропо­генной деятельности с целью разработки мер по улучшение сложившейся экологической ситуации.

На третьем этапе строятся модели функционирования природных и природно-антропогенных систем, и прогнозируется их состояние при различных режимах природопользования. Основная задача прогнозирования состоит в выявлении направления, степени, скорости и пространственных масштабов предстоящих изменений природных комплексов под влиянием антропогенных и естественных факторов (Емельянов, 1982, 1992). Для ее решения строятся различные по сложности модели и используются адекватные им методы составления прогнозов.

В качестве первичной модели природных комплексов может быть использована прогнозно-оценочная карта территории, представляющая собой информационную основу для определения возможных вариантов изменения природной среды. В ряде случаев в качестве моделей могут выступать так называемые аналоги - природные системы, уже испытавшие воздействие исследуемых факторов. В этой ситуации для прогноза целесообразно использовать метод аналогии, который заклю­чается в переносе закономерностей развития процесса, изученных на аналоге, на природный комплекс, являющийся объектом прогнозирова­ния. При наличии продолжительных рядов наблюдений и достаточно устойчивой тенденции хода наблюдаемых процессов прогноз может быть осуществлен методом экстраполяции, т.е. продления установленных тенденций в будущее. В более сложных случаях необходимо построе­ние специальных математических моделей природных систем. Несмотря на упрощение изучаемых явлений, они дают возможность получать непротиворечивые количественные прогнозы, выражающие связи параметров процессов с антропогенными и естественными факторами.

Данные о состоянии природных и природно-антропогенных систем, полученные в результате наблюдений, оценки и прогнозирования, используются для принятия управленческих решений. Эти решения должны быть направлены на поддержание систем в условиях динамического равновесия их естественных и антропогенных компонентов. В случае превышения критических нагрузок необходимо предусмотреть мероприятия, направленные на ограничение хозяйственной деятельности и стабилизацию экологической обстановки.

2. Технология и средства контроля загрязнения окружающей среды.

Основные технологические процедуры экоаналитического контроля:

· выявление контролируемого объекта (уточнение источника загрязнения) по имеющимся жалобам, документам или в соответствии с полученной заявкой,

· первичное обследование объекта в форме выборочного краткосрочного наблюдения за ним с уточнением показателей загрязнения (идентификация), а также местонахождения, границ, внешних проявлений неблагополучия и определением точек или зон дальнейшего исследования (например, предварительные качественные исследования и полуколичественные измерения состава сточных вод на месте по наиболее вредным и опасным загрязняющим веществам (ЗВ) и интенсивно воздействующим физическим факторам (ФФ),

· формирование информационной модели контролируемого объекта (например, составление перечней контролируемых в сточных водах ЗВ и воздействующих на них ФФ, установление граничных значений уровней их фиксирования или измерения с заданной достоверностью и в привязке к месту, а также планирование эксперимента по изучению состояния и динамики контролируемого объекта (например, составление плана – графика измерений содержания ЗВ в сточных водах на месте или отбора их проб для последующего лабораторного анализа),

· длительные (систематические) наблюдения за объектом контроля (например, непрерывное или дискретное измерение концентраций ЗВ в сточных водах по спланированным показателям с отбором проб или без него) и оценка состояния контролируемого объекта в целом (сопоставление с нормами или ранее производимыми измерениями и возможное категорирование сточных вод по получаемым данным за период наблюдений,

· прогнозирование изменения состояния объекта контроля на основе информационной модели (ГИС) и экспериментально полученных эмпирических данных в зависимости от предполагаемых изменений внешних условий (например, увеличение или уменьшение загрязнения вод с изменением мощности производства, введения дополнительной очистки, замены технологий производственных процессов, замкнутого водооборота и т.д.),

· обработка и представление полученной информации в удобной и понятной форме и доведение ее до потребителя (отчет по результатам обследования, предоставляемый руководству предприятия или заказчику, например, в контрольную государственную службу или в местную администрацию или для общественной публикации и т.д.).

В рамках указанных процедур обычно осуществляются несколько технологических операций, повторение которых и составляет типовой технологический цикл экоаналитического контроля:

· поиск источника (выбор метса контроля) загрязнения или вредного воздействия, · его первичная оценка на месте и/или отбор проб и доставка к месту анализа, · подготовка проб к анализу непосредственно в лаборатории, · количественный анализ проб в лабораторных условиях, · обработка и представление результатов анализа с оценкой показателей правильности и достоверности полученных результатов, · планирование следующего цикла контроля.

3. Операция выбора места контроля загрязнения с целью первичной оценки и/или отбора проб. Место для первичной оценки или отбора пробы выбирается в соответствии с целями анализа и на основании внимательного изучения всей имеющейся предварительной информации, а также натурного исследования местности или контролируемого объекта. При этом должны учитываться все обстоятельства, которые могли бы оказать влияние на состав взятой пробы или результат первичной оценки наличия и уровня загрязнения (воздействия). В зависимости от вида анализируемой среды данная процедура имеет некоторые особенности.

Некоторые аспекты операции поиска источника. В операцию поиска источника или места пробоотбора часто также включается задача идентификации характера воздействия или загрязняющего вещества (установление его природы, расшифровка состава основных компонентов смеси). При отсутствии технической возможности или необходимости в идентификации она должна заменяться более простой задачей обнаружения, т. е. подтверждения факта наличия загрязняющего вещества в среде. В случае обнаружения вредного физического фактора целесообразно сразу проводить количественное измерение его уровня.

Эти задачи должны решаться максимально экспрессно (т.е. за минимальный промежуток времени), сопоставимо по времени с пробоотбором. От быстроты первичной оценки при обнаружении источника загрязнения или воздействия вредного ФФ зависит не только длительность, (а значит и экономичность) вышеуказанных процедур, но часто и безопасность персонала, их проводящего (в случае анализа “супертоксикантов”, радиации и других особо вредных химических веществ и факторов, а также при обследовании особо опасных производственных и иных объектов). Характер работы технического средства контроля в режиме обнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя бы периодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимся циклом анализа).

Применяемые методы и технические средства должны быть способны обнаруживать максимально специфично (т.е. избирательно по отношению к искомому ЗВ или ФФ на фоне мешающих примесей или других имеющихся факторов). В случае идентификации требование о специфичности средства заменяется требованием, чтобы техническое средство было селективно, т. е. способно одновременно (или последовательно) различать в анализируемой среде несколько даже похожих по свойствам веществ (факторов).

Еще одной значимой характеристикой вещества является также его чувствительность, т.е. способность фиксировать минимально возможные концентрации ЗВ или уровни ФФ. Это свойство метода экоаналитического контроля наряду с экспрессностью и специфичностью входит в классическую триаду важнейших свойств средства контроля.

Если при проведении процедуры обнаружения сигнал о наличии ЗВ или ФФ отсутствует, необходимо как можно раньше (в целях безопасности и экономии времени) принять решение об осуществлении контроля в другом месте по тому же показателю (или перестройке средства – замене индикаторного элемента на иное вещество или фактор).

В случае решения задачи идентификации главной характеристикой технического средства в этом случае является его селективность (даже в ущерб чувствительности). Данная задача является сегодня одной из наиболее сложных и трудно решаемых на месте. Обычно идентификацию проводят в стационарной лаборатории, оснащенной всем арсеналом современных технических средств.

При неавтоматизированном режиме обнаружения обычно используются портативные средства экспрессного контроля.

Для воздуха – индикаторные трубки, экспресс–тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы.

Для воды и вытяжек из почвы – это тесты или тесткомплексы, а также микро(мини)–портативные переносные лаборатории с упрощенным (обычно качественные или полуколичественные) операциями анализа.

Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы – устройства, обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразования контролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т.е. являющиеся сигнализаторами. Выполнив задачу обнаружения (или идентификации) ЗВ, средства выдают информацию, необходимую для принятия решения о проведении следующей операции – пробоотбора.

При поиске точек отбора проб воды из поверхностных природных источников особенно внимательно надо отслеживать притоки реки и возможные источники загрязнения выше по течению от предполагаемого места первичной оценки ли пробоотбора.

Место выбора проб сточных вод оценивается и выбирается только после подробного ознакомления с технологией производства, потреблением и сбросом воды, местоположением цехов объекта, системой его канализации, назначением и работой отдельных элементов систем очистки.

Створы отбора и оценки проб устанавливают на водоемах примерно в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта), а на непроточных водоемах и водохранилищах – в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Обычно принято отбирать пробы воды одного створа в 3 точках (у обоих берегов и в фарватере), но можно и в 1-2 точках (при ограниченных технических возможностях или на небольших водоемах) – в зависимости от характера водопользования и с учетом условий водного режима в данном пункте или распределения сточных вод в водоеме.

При централизованном водоснабжении в населенном пункте пробы воды из водоема можно брать в точке водозабора по глубине и по ширине реки. Для характеристики источника централизованного водоснабжения при существующем водозаборе допускается отбор и первичная оценка проб непосредственно после насосов первого подъема.

Поиск и выбор места отбора, а также первичной оценки проб воздуха (как в отношении других сред), проводят в предполагаемых зонах максимального загрязнения окружающей природной среды (например, в факеле выброса и в зонах его возможного прохождения на расстоянии до объекта от сотен метров до нескольких километров, обычно на высоте до 1,5 м от земли) или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказаться вредным или опасным.

В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в местах постоянного или максимально длительного пребывания людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, уровня, физико-химических свойств, а также класса опасности и биологического действия выделяющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздействия, температуры и влажности окружающей среды.

Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выбирают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например:

· у аппаратуры и агрегатов в период наиболее активных химических, термических и иных процессов в них,

· на участках загрузки и выгрузки веществ, затаривания готовой продукции,

· на участках внутренней транспортировки сырья, полуфабрикатов и продукции,

· на участках размола и сушки сыпучих, пылящих материалов и веществ, у наиболее вероятных источников выделений при перекачке жидкостей и газов (насосные, компрессорные) и др.,

· в местах отбора технологических проб, необходимых для целей технического анализа.

Часто учитывают свойства веществ и класс опасности, устанавливая следующую периодичность отборки и анализа проб:

· для первого класса – не реже одного раза в 10 дней,

· для второго класса – не реже, чем ежемесячно,

· для третьего и четвертого класса – не реже чем один раз в квартал.

При выборе мест отбора проб почвы и их первичной оценки обычно учитывают два главных параметра:

1) размер (площадь) элементарного участка, с которого отбирают смешанный почвенный образец, отражающий средний уровень загрязнения почвы, 2) ключевой участок, являющийся наименьшей геоморфологической единицей ландшафта, в достаточной мере отражающей генезис (тип, подтип) свойств почв.

В пределах ключевого участка выделяют элементарные участки, размеры которых зависят от расстояния до источника загрязнения почвы Обычно руководствуются правилом: чем дальше от источника, тем больше должна быть площадь элементарного участка. Кроме того, в пределах определенного элементарного участка выбирают также рабочую площадку, именно с которой и отбирают пробы почв для составления смешанного почвенного образца. Если размер элементарного участка сравнительно велик, а почвенный покров сложен, то в пределах участка выделяют несколько пробных рабочих площадок (обычно 2-3).

За рациональный размер рабочей площадки обычно принимают площадь около 1 га (100 х 100 м). Вокруг предприятия площадки намечают следующим образом: в радиусе 1,5 – 2,5 км (зона наибольшей загрязненности) по 8 направлениям – румбам (хотя и не обязательно строго по азимуту), в радиусе 2,5 – 5 км (зона значительного влияния) – по 10 – 12 румбам, в радиусе 5 – 10 км (зона обычно фиксируемого влияния объекта) по 16 – 24 румбам. В таком случае пробные площадки оказываются друг от друга на равномерном расстоянии 1,5 – 2 км.

1,-2,5 км

8 румбов

Представленная схема носит рекомендательный характер, поскольку в природных условиях положение элементарных участков и количество пробных площадок зависит от ландшафтно – геохимических особенностей территории. При сильном загрязнении вокруг мощных предприятий в направлении господствующих ветров территорию обследуют на расстоянии до 20 – 30 км, а в направлении наименьшей повторяемости и силы ветров – примерно в 2 раза меньше.

Выбор места для отбора проб биоты является специфической задачей биомониторинга. Данная процедура имеет принципиальную особенность – индикационный характер поиска места для такого пробоотбора. Он заключается в том, что наблюдения за показаниями состояния растительности и животного мира должно показывать исследователю, где ему отбирать пробы биообъектов для последующего анализа на предмет их загрязненности.

Дата добавления: 2014-01-05