Система мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений



1. Мониторинг водных объектов

Государственный мониторинг водных объектов - это система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния водных объектов. Цель мониторинга:

? выявление и прогнозирование негативных процессов, влияющих на состояние водных объектов;

? разработки мер по предотвращению негативных последствий;

? оценки эффективности водоохранных мероприятий;

? информационное обеспечение использования и охраны водных объектов.

Задачи мониторинга включают (рис.11.1):

? регулярные наблюдения за состоянием водных объектов;

? сбор и обработка данных наблюдений и создание банка данных;

? оценка и прогноз изменений состояния водных объектов.

Рис. 11.1 Задачи мониторинга водных объектов.

Мониторинг водных объектов является частью общего мониторинга состояния окружающей среды (рис.11.2), и осуществляется от на разных уровнях, в зависимости от масштабов исследуемого объекта.

Выделяют следующие уровни мониторинговых исследований:

* глобальный - осуществляется на основе международного сотрудничества (необходим, например, для мониторинга трансграничных водных объектов, вод мирового океана);

* национальный - осуществляется в пределах страны и ее крупных регионов, бассейнов крупных и уникальных водных объектов (например, озеро Байкал), водохозяйственных систем государственного значения (например, Волжско-Камский каскад);

* региональный - осуществляется в пределах бассейнов рек, интенсивно осваиваемых районов (например, московский мегаполис);

* локальный - включает слежение за изменениями качества среды в пределах водохозяйственного гидроузла, участка водного объекта;

* импактный - осуществляется в пределах особо опасного источника. экологический водный кадастр гидрологический

Рис.11.2 Объекты, контролируемые системой мониторинга окружающей среды.

Каждый уровень исследований предполагает контроль изменения соответствующих параметров окружающей среды, которые должны позволять:

* определить загрязненность различных сред (например, водной толщи, донных грунтов), распределение загрязняющих агентов в пространстве и времени;

* определить скорость протекания негативных процессов (разрушение берегов, заиление, зарастание), в том числе величины и скорости распространения потоков загрязняющих веществ, возможных путей их трансформации;

* решить проблемы сопоставимости результатов анализов, проводимых разными методами;

* обеспечить заинтересованных пользователей информацией, необходимой для принятия решений (оперативных и перспективных) на различных административных уровнях.

Система экологического мониторинга предусматривает накопление, систематизацию и анализ информации, касающейся:

* состояния водных объектов водной (водной толщи, донных отложениях, состояния биоты);

* состояния прилегающей территории и берегов;

* сведений об источниках и факторах воздействия;

* оценки допустимости воздействий.

В связи с этим, мониторинговые исследования включают:

? мониторинг поверхностных водных объектов (оценка качества воды, экологического состояния водных объектов, получение данных о режиме стока и др.);

? мониторинг состояния дна, берегов и водоохранных зон (илонакопление, трансформация русла, эрозия берегов, состояние водоохраной зоны и ее эффективность и т.п.);

? мониторинг подземных вод (оценка ресурса, изменение уровенного режима, качественный состав и др.);

? наблюдений за водохозяйственными системами и использованием водных ресурсов (срок службы ГТС и их состояние, аварийность, проведение регламентных работ, объемы водопотребления и водоотведения, загрязненность сточных вод и др.).

Мониторинг поверхностных водных объектов включает наблюдения за изменением качества воды, которые проводятся с помощью:

* сети стационарных наблюдений (определяются гидрологические, гидрохимические и гидробиологические показатели, по полной или сокращенной схеме. Периодичность наблюдений должна обеспечивать необходимую автокорреляционную связь между показателями);

* применения расчетных методов (по мере накопления данных проверяются или устанавливаются связи между параметрами и закономерности их изменения. Это позволяет сократить количество определяемых параметров и увеличить интервалы между проведением наблюдений);

* применения передвижных наземных станций, при проведения разовых наблюдении (обследование по интересующим параметрам, изучение проблемных участков);

* применения летательных аппаратов (отслеживается распространение специфических загрязнений и изменение показателей, для которых определены связи с параметрами сканирования, такими как яркость, цвет, отражающая способность и др.).

Получаемая информация используется для развития расчетных методов, направленных на выявление зависимостей и закономерностей происходящих изменений, с целью прогноза и планирования мероприятий, на основе математического моделирования.

Получение необходимой информации осуществляется с помощью следующих средств.

* Дистанционное зондирование (съемки и наблюдения с космических аппаратов, самолетов, средств малой авиации и др.), что позволяет получить характеристики состояния земель на крупномасштабном уровне. Съемки и наблюдения с помощью малой авиации производятся для изучения состояния земель на локальном уровне и уточнения аэрокосмической информации.

* Наземные съемки и наблюдения, приводящиеся с использованием стационарных и передвижных лабораторий.

* Расчетные методы, позволяющие моделировать и прогнозировать изменения ситуации на объекте, выявлять потенциально опасные зоны, осуществлять оперативное и перспективное планирование хозяйственной, в том числе природоохранной деятельности.

В зависимости от сроков и периодичности проведения, осуществляются три группы наблюдений:

* базовые (исходные, фиксирующие состояние объектов наблюдений на момент начала ведения мониторинга или начала его очередного периода, например, в начале водохозяйственного года);

* периодические (позволяющие определить проблемные области с опасностью развития негативных процессов);

* оперативные (фиксирующие текущие изменения в «аварийных» ситуациях).

В основе организации и проведения наблюдений лежат следующие принципы:

? комплексность и систематичность наблюдений (регулярное определение одних и тех же параметров состояния водной среды, что обеспечивает сопоставимость данных и дает полную характеристику состояния водного объекта);

? согласованность сроков их проведения с характерными гидрологическими ситуациями (рис.11.3). Система наблюдений должна позволять получать сведения:

* по всем фазам гидрологических режимов (весеннее половодье, летнюю межень, летние и осенние дождевые паводки, ледостав, зимнюю межень);

* в различные по водности годы (многоводные, средние по водности и маловодные);

* изменения химического состава воды по суткам;

* об аварийных сбросах сточных вод;

Рис.11.3 Согласование проведения наблюдений с гидрологическими периодами.

? определение всех показателей по единым методикам (для всех стационарных станций наблюдений установлен единый перечень контролируемых параметров, методики, сроки и периодичность их определения). Перечень контролируемых параметров меняется в соответствии с программой наблюдений. Существует три вида программ, каждой из которых соответствует определенный перечень параметров:

1 определение расхода и уровня воды, температуры и концентрации растворенного кислорода, удельной электропроводности и проведение визуальных наблюдений, включая определение органолептических характеристик качества воды;

2 параметры первой программы, рН, концентрации взвешенных веществ, ХПК, БПК5, концентрации наиболее характерных загрязняющих веществ;

3 параметры второй программы, концентрации всех загрязняющих воду веществ.

В системе мониторинга водных объектов проводятся наблюдения за изменением гидробиологических параметров, отражающих состав и структуру сообщества гидробионтов, что позволяет определить экологическое состояние водного объекта. Программа наблюдений за изменением гидробиологических показателей включает определение таких характеристик, как: численность организмов, видовой состав, биомасса, для следующих сообществ организмов: фитопланктона; зоопланктона; зообентоса; перифитона;макрофитов.

Помимо этого определяется:

? численность сапрофитных бактерий и их доля от общей численности бактерий;

? фотосинтез фитопланктона;

? деструкция органического вещества;

? содержания хлорофилла.

Основные требования к размещению створов наблюдений:

? возможность получения естественных фоновых характеристик;

? возможность оценки воздействий на водные объекты основных источников;

? обеспечение контроля качества забираемой воды;

Сеть наблюдений должна охватывать:

? все водные объекты, расположенные на территории изучаемого бассейна;

? всю длину водотока с определением влияния наиболее крупных его притоков и сброса сточных вод в него;

? всю акваторию водоема с определением влияния на него наиболее крупных притоков и сброса в него сточных вод.

Количество створов наблюдений и их размещение определяется принципами «Разумной достаточности», «Эффективности», «Управляемости» и «Обратной связи» [Реймерс, 1990]. Это обеспечивает удовлетворение потребности для выполнения хозяйственных задач (необходимость в гидрологической, гидрохимической, гидробиологической информации). Размещение контрольных створов производится с учетом необходимости анализа: природных условий среды; антропогенного воздействия; значимости объектов. В связи с этим выделяются следующие зоны мониторинга.

1. Зона непосредственного воздействия - районы интенсивного протекания русловых процессов, переформирования прибрежных территорий, устья рек и их отдельные участки, гидроузлы, места сброса сточных вод, поступление площадных стоков и т.п.

2. Зона транзитных участков - контроль загрязнения воды в районах, примыкающих к зонам непосредственного влияния и попадающих под косвенное воздействие. В данных зонах осуществляется мониторинг трансформации и распространения загрязнений.

3. Фоновые зоны - вне зон прямого и косвенного антропогенного воздействия (например, выше по течению рек).

Пункты наблюдений организуют на водоемах и водотоках в местах (рис.11.4, 11.5):

? сброса сточных вод городов и крупных поселков;

? сброса сточных вод отдельно стоящими крупными промышленными предприятиями, организованного сброса сельскохозяйственных сточных вод;

? нереста и зимовья ценных и особо ценных видов промысловых организмов;

? приплотинных участков, важных для рыбного хозяйства;

? пересечения реками государственных границ;

? замыкающих створов больших и средних рек;

? устьев загрязненных притоков больших водоемов и водотоков.



1-1 фоновый створ;

2-2 створ гидроузла;

3-3 устье крупного притока;

4-4 на границе административных образований или государственного деления;

5-5 устье реки

Рис. 11.4 Пример назначения створов мониторинговых наблюдений с учетом использования территорий и наличия гидроузлов.

1- состояние водохранилища; 2, 3 - учет влияния сосредоточенных сточных вод; 4 - влияние водохранилища на нижний бьеф; 5 - контроль качества забираемой воды; 6 - учет влияния рассредоточенного источника загрязнений.

Рис. 11.5 Размещение станций наблюдений в бассейне реки с учетом источников воздействий.



Получаемые в створах данные должны позволять формировать многолетние ряды контролируемых параметров водных объектов. В этом случае учитывается использование расчетных методов (особенно для неконтролируемых постоянными наблюдениями створов), в том числе методов аналогии на фоне районирования территории. Районирование проводится, например, на основе типизации основных параметров (гидрологических, гидрохимических) и условий формирования водных объектов.

Мониторинг осуществляет общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК). Помимо ОГСНК экологический мониторинг ведется структурам: Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды, Министерством природных ресурсов, Министерством сельского хозяйства, Департаментом санитарно-эпидемиологического надзора, комитетом по стандартизации и метрологии, Федеральной службой лесного хозяйства.

2. Государственный водный кадастр (ГВК)

Государственный водный кадастр - это систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий количественные и качественные показатели, данные регистрации водопользователей и учета использования вод. Основная цель ведения ГВК - это обеспечение народного хозяйства необходимыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме стока и качестве воды, водопользователях и использовании ими природных вод.

Учету подлежат все воды государственного водного фонда (воды рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водоемов и водных источников, включая воды каналов и прудов, ледники и подземные воды, внутренние моря и другие внутренние морские воды, территориальные морские воды), объемы использованной воды и возвратные воды:

Государственный водный кадастр состоит из трех разделов:

* поверхностные воды;

* подземные воды;

* использование вод.

Каждый из разделов ГВК делится на три каталога:

* обобщенные данные (разовые издания, которые содержат основные характеристики: рек, каналов, озер и водохранилищ; селевых бассейнов; сведения о морях и морских устьев рек; бассейнах подземных вод и водоносных горизонтов, водозаборах и пунктах закачки в подземные горизонты; водопользователях.);

* ежегодные данные (содержат сведения за предшествующий год о ресурсах поверхностных и подземных вод, качестве воды ее использовании);

* многолетние данные (издаются один раз в 5 лет, содержат сведения за каждый год пятилетки и обобщенные данные).

Данные ГВК являются основой для разработки мероприятий по управлению водными ресурсами, использованию и охране водных объектов.

3. Государственный водный реестр (ГВР)

Государственный водный реестр - это систематизированный свод документированных сведений о водных объектах, их использовании, речных бассейнах и бассейновых округах. Он создается в целях информационного обеспечения комплексного использования водных объектов, их целевого использования и охраны, а также в целях планирования и разработки мероприятий по предотвращению негативного воздействия вод и ликвидации его последствий.

Государственный водный реестр строится на принципах единого: кодирования объектов водохозяйственного комплекса, нормативно-справочной информации (что отсутствует в системе ведения ГВК). Составление ГВР возложено на Федеральное агентство водных ресурсов.

База данных реестра создается на основе сведений ГВК, ежегодных гидрологических и гидрохимических наблюдений сети мониторинга, отчетности водопользователей по форме № 2-тп (водхоз), справочной информации и фондовых материалов научно-исследовательских, проектных организаций, органов государственной власти.

В реестр включаются сведения:

? о бассейновых округах, речных бассейнах, водохозяйственных участках;

? о водных объектах (режим водных объектов, физико-географические, морфометрические и других особенности);

? о водохозяйственных системах и сооружениях;

? об использовании водных объектов (водопотреблении и водоотведении);

? о водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, других зонах с особыми условиями их использования;

? о предоставлении водных объектов в пользование;

? о договорах водопользования.

4. Мониторинг водохозяйственных систем и гидротехнических сооружений

Мониторинг состояния гидротехнических сооружений - это система наблюдений, оценки и прогноза чрезвычайных ситуаций, вызванных гидродинамическими авариями (ГОСТ 22.1.01-97, ГОСТ 22.1.02-97, ГОСТ 22.1.11-2002). Данный вид мониторинга осуществляет собственник ГТС или эксплуатирующая организация, с целью обеспечения безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, безопасности населения и прилегающих территорий. Мониторинг ГТС включает (рис. 11.6):

? регулярные взаимоувязанные контрольные наблюдения за состоянием ГТС, их оснований, береговых сопряжений в нижнем и верхнем бьефах (осуществляется с помощью автоматизированных систем контроля (АСК), которые обязательны для сооружений 1…3 классов);

? сбор, накопление и хранение данных наблюдений;

? создание и ведение базы данных наблюдений;

? сопоставление измеренных значений диагностических показателей состояния ГТС с их критериальными значениями;

? оперативную оценку состояния ГТС, их оснований и береговых сопряжений;

? информирование органов, заинтересованных в безаварийной работе ГТС.

Рис.11.6 Схема проведения мониторинга гидротехнических сооружений.

Список основных контролируемых показателей состояния гидротехнических сооружений и грунтовых массивов включает:

? вертикальные и горизонтальные перемещения сооружений (?) и их оснований (с помощью нивелирования, проведение светодальномерных наблюдений);



Рис.11.7 Определение вертикального и горизонтального перемещения сооружения с помощью геодезических инструментов и постоянных реперных точек.

? напряжения в сооружениях и их основаниях (дистанционные измерения, с помощью датчиков, закладываемых в тело сооружения и основание);

? состояние швов (дистанционные и прямые измерения);

? появление трещин (визуальный осмотр и прямые измерения);

? фильтрационные расходы (дистанционные измерения расхода или прямые измерения отметки уровня воды на мерном водосливе);

? положение депрессионной кривой (дистанционные измерения пьезометрических уровней или прямые измерения отметок пьезометрических уровней по смотровым скважинам);

Рис.11.8 Контроль положения кривой депрессии в теле земляной плотины с помощью смотровых скважин.



? пьезометрические напоры в теле сооружений, их основаниях и береговых примыканий (прямые или дистанционные измерения);

Рис.11.9 Измерение фильтрационного расхода в приплотинном дренажном канале с помощью мерного прямоугольного водослива с узким порогом.

? размыв русла в нижнем бьефе (прямые измерения воронки размыва с помощью эхолота или водолазов);



Рис. 11.10 Размыв берега /www.tgm.ru/ и воронка размыва в нижнем бьефе гидроузла.

? отложение наносов в водохранилище перед ГТС (прямые измерения слоя наносов с помощью эхолота или водолазов);

? оползневые смещения (визуальные наблюдения, прямые измерения).

Прогнозирование развития, масштабов возможных последствий аварий на ГТС включает следующие расчеты:

? степень разрушения ГТС (ширина прорана, изменение уровня воды в верхнем бьефе);

? параметры волны прорыва (глубина воды в нижнем бьефе гидроузла, скорость распространения волны, время добегания волны до объекта воздействия);

? последствий аварий для населения и территории в зоне затопления (продолжительность затопления, температура воды, площадь затопления, величина ущерба).



Вопросы для самоконтроля

1. Что такое мониторинг водных объектов, его цели и задачи?

2. Какие виды мониторинга выделяют в зависимости от масштабов охвата территории?

3. Для чего используются данные мониторинга?

4. Что включает в себя мониторинг водных объектов?

5. Какие средства используются в системе мониторинга?

6. Как различается мониторинг в зависимости от сроков и периодичности наблюдений?

7. Какие принципы используются при организации мониторинга?

8. Какие зоны мониторинговых исследований выделяют, и в каких створах проводят исследования?

9. Что такое государственный водный кадастр, цель его создания и ведения?

10. Какая структура и содержание водного кадастра?

11. Что такое государственный водный реестр и какова его цель?

12. Принцип ведения государственного водного реестра, и на основе каких данных он составляется?

13. Какие сведения содержит государственный реестр?

14. Что представляет собой мониторинг состояния гидротехнических сооружений (ГТС) и какая его цель?

15. Что включает в себя мониторинг ГТС?

Размещено на Allbest.ru