Экологический мониторинг

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные методы мониторинга

2. Априорная неопределенность мониторинга

3. Организационные структуры мониторинга

4. Комплексная организация мониторинга

5. Составляющие экологического мониторинга

6. Мониторинг источников и факторов антропогенных воздействий

7. Методы наблюдения за состоянием природной среды

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Мониторинг (от лат. monitor -- напоминающий, надзирающий) -- система выполняемых по заданной программе регулярных комплексных долгосрочных наблюдений за состоянием ОС, ее загрязнением, происходящими природными явлениями, а также оценка и прогноз последующих изменений.

Один из главных принципов мониторинга -- непрерывность слежения. Экомониторинг является начальным этапом системы обеспечения экологической безопасности.

Мировое сообщество пришло к осознанию необходимости координации усилий по сбору, хранению и переработке данных о состоянии ОС в конце 60-х годов XX в. накануне Стокгольмской конференции, где впервые договорились об определении понятия "мониторинг".

1. Основные методы мониторинга

Основные принципы естествознания строятся на утверждении, что основой научного познания мира является эксперимент. Экспериментом принято называть такое воздействие человека на природу, которое обладает следующими свойствами:

¦ воспроизводимостью (при многократном повторении экспериментов получается один и тот же результат);

¦ повторяемостью (эксперимент можно осуществить и повторить на основе описания, предоставленного другим экспериментатором);

постоянством контролируемых обстоятельств, при которых осуществляется эксперимент;

количественным результатом (эксперимент, как правило, должен быть представлен в виде чисел - значений физических величин).

Полученные в ходе эксперимента результаты обсуждаются на базе законов формальной логики.

В естествознании (биологии, экологии, астрономии и медицине) эксперимент должен подчиняться целому ряду довольно жестких условий, которые обеспечивают результативность естественнонаучного способа познания природы и создание на базе этой результативности современных технологий. Особенно трудно достичь постоянства условий эксперимента и повторяемости результатов. Причина - проблемы, связанные со сложностью, уникальностью и непредсказуемостью поведения биологических систем. Для преодоления подобных трудностей, которые получили название априорной неопределенности, в эксперименте используется серия методических приемов, обобщенных в теории систем и системотехнике. Прежде всего, это невозможность вмешательства в ход природного явления, что породило разновидность эксперимента - научное наблюдение. В этой ситуации естествоиспытатель только регистрирует; (фиксирует) условия и результаты, стараясь затем путем обработки результатов учесть изменения в условиях эксперимента.

В настоящее время разработаны специальные методические приемы естественнонаучного способа познания природы. Так, для компенсаций изменения условий наблюдения используется прием, состоящий в организации непрерывных измерений как можно большего числа параметров объекта наблюдений и параметров, характеризующих условия эксперимента (принцип непрерывности оценки характеристик объектов, принцип многомерности наблюдаемых параметров). Кроме того, для описания трудно предсказуемого поведения природных объектов используется моделирование этого объекта на ЭВМ (принцип модельного прогноза), наконец, для формирования количественно обоснованного варианта решения используется современная теория принятия решений. С ее помощью априорная неопределенность условий наблюдения в эксперименте преодолевается за счет создания устойчиво работающих решающих процедур.

К экспериментам, в которых используется комплекс мероприятий (или некоторые его составляющие), хотя бы отчасти компенсирующих априорную неопределенность, относится и мониторинг. Введено это понятие академиком Израэлем для решения задач экологии и метеорологии, позднее системы мониторинг начали развиваться в медицине, астрофизике и геофизике

Под экологическим мониторингом понимают не только наблюдения за состоянием природной среды, но и оценку этих состояний, прогноз антропогенных изменений, причин этих изменений, а также установление источников воздействий.

Необходимость формирования количественно обоснованных решений по результатам мониторинга привела к следующему его определению. Экологический мониторинг - это целенаправленная система наблюдения, оценки, прогноза состояния окружающей природной среды, включающая информационное обеспечение подготовки управленческих решений.

Из приведенных определений мониторинга следует, какую огромную роль в развитии экологического мониторинга играют новые компьютерные технологии, методы системного моделирования, геоинформационные системы (ГИС-технологии), а также экспертные системы.

2. Априорная неопределенность мониторинга

На пути реализации мониторинга стоит ряд серьезных физико-химических, эргономических, биохимических, аппаратурных и системотехнических проблем. Особо следует отметить те, которые связаны с априорной неопределенностью условий мониторинга (как для объектов наблюдения, так и в отношении условий воздействия на них). В экологии данная проблема постулируется как принцип неопределенности, или принцип неполноты информации.

В настоящее время наметились пути преодоления проблем, связанных с априорной неопределенностью объектов мониторинга.

Во-первых, удалось разработать методы устойчивой обработки данных мониторинга с помощью математической статистики (робастная и непараметрическая статистика). Кроме того, частично компенсировать априорную неопределенность удается за счет обработки множества наблюдаемых параметров (многомерная статистика), а также за счет имитационного моделирования объектов мониторинга.

Во-вторых, предложены новые идеи в психологии и в эргономике, преодолевающие априорную неопределенность за счет огромных резервов психики человека (человек является неотъемлемым звеном в схеме мониторинга) и последних достижений машинной графики (когнитивная психология, системы гибридного интеллекта, когнитивная машинная графика).

Оба вышеуказанных пути находят применение в экологическом мониторинге при создании систем искусственного интеллекта, интеллектуальных измерительных систем и экспертных систем.

3. Организационные структуры мониторинга

Региональный мониторинг является составной частью организационно-технической системы, обеспечивающей экологическую безопасность государства. В нашей стране для подготовки управленческих решений разрабатывается автоматизированная информационно-управляющая система "АИУС - экобезопасность России". Цели этой системы:

обеспечение координации деятельности в области охраны окружающей среды и экологической безопасности;

интеграция ведомственных информационных систем экологического мониторинга;

сопряжение информационно-аналитических центров с единой государственной системой экологического мониторинга (ЕГСЭМ);

создание информационной структуры для природоохранных органов;

информационная поддержка деятельности государственных органов в сфере экологии и природопользования.

Бюрократические функции единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ):

контроль за соблюдением экологических нормативов;

контроль за выдачей разрешений на использование природных ресурсов;

формирование и введение экологических паспортов предприятия (а также лимитов накопления и размещения отходов);

¦ систематизация результатов экологической экспертизы проектов. Функциональные задачи единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ);

обеспечение оперативной информации о параметрах, определяющих фактическое состояние экологической обстановки в регионах;

выработка интегральных оценок и обобщенных данных, отражающих фактическое состояние экологической обстановки в регионе;

обеспечение прогноза экологической ситуации в регионе;

обеспечение информации о влиянии экологической обстановки на здоровье людей.

Функциональные задачи ЕГСЭМ по информационному обеспечению управления безопасностью и риском прямо связаны с обеспечением безопасности при техногенных воздействиях

Принципы и структура управления основываются на методах общей теории управления, теории игр, информационной теории систем.

Следует отметить, что термин управление природопользованием используется для обозначения:

организационно-технических мероприятий с техническими системами управления;

системных, математических задач, которые имеют вид машинных моделей или технических систем управления (в целях поддержки управленческих решений).

Для управления безопасностью и риском ПГСЭМ решает следующие три задачи:

анализ безопасности и риска, моделирование процессов техногенного воздействия, оценка уровня риска и возможного ущерба;

сравнение расчетных и фактических уровней риски с научно - обоснованными уровнями риска;

¦ выработка и принятие нормативно-правовых и управленческие решений, обеспечивающих снижение техногенной опасности; восстановление приемлемого уровня риска для человека и объектов окружающей среды.

Управление техногенной безопасностью и риском связало с определенными социальными и экономическими механизмами и должно строиться на основе практики управления социально-экономическими системами, с учетом теории управления.

4. Комплексная организация мониторинга

Экологический мониторинг предусматривает наблюдение, оценку и прогноз антропогенных изменений абиотической составляющей биосферы, а также ответных реакций биологических систем на такое антропогенное воздействие.

Принцип комплексной организации экологического мониторинга состоит в том, что наблюдение, оценка и прогноз антропогенных воздействии осуществляется в двух режимах единой комплексной системы:

при нормальном функционировании опасных объектов;

в аварийных и чрезвычайных ситуациях на этих объектах. Таким образом, комплексная организация мониторинга предполагает сочетание систематического мониторинга (глобального, регионального и местного масштаба) и аварийного мониторинга.

Принцип выделения приоритетов

Поскольку охват всех аспектов экологического мониторинга невозможен, выделяют приоритетные виды и объекты контроля воздушного бассейна, водной среды, литосферы, биоценозов и состояния здоровья человека.

В качестве примера рассмотрим приоритетные виды контроля воздушного бассейна. В соответствии с решениями Всемирной организации здравоохранения (далее - ВОЗ) в атмосфере должно контролироваться в первую очередь содержание SO₂, N_tO_v, CO, Оз, пыли, углеводородов. Всего в этот перечень включено пятьдесят одно вещество.

Соответственно, в водной среде (поверхностные воды) контролируют содержание нефтепродуктов, фенолов, легкоокисляемых органических веществ, соединения Си и Zn, нитритный азот, лигнин, формальдегид, анилин метил меркаптан и др.

В литосфере существуют свои приоритеты, которые связаны с наличием геопатогенных зон. С точки зрения геофизики, это неоднородности строения земной коры и ее повышенной проницаемости, зоны повышенных напряжений и давлений. Они обусловлены тектоническими нарушениями и подземными водотоками. Опасность геопатогенных зон состоит в их повышенной проницаемости для различных природных газов, выделяющихся из мантии, в число которых входят радон и гелий. Через геопатогенные зоны на земную поверхность попадают углеводороды, ртуть, другие металлы и их производные.

Принцип иерархической организации мониторинга

Будучи сложной системой, биосфера устроена иерархически. Это нашло свое отражение в построении экологического мониторинга, который имеет три уровня:

глобальный;

региональный;

местный.

Цель глобального мониторинга - установление на Земле контрольного уровня загрязняющих веществ, создание системы раннего предупреждения экологических катастроф, установление фоновых уровней для основных экосистем, изучение биогеохимических циклов.

На региональном уровне задачами экологического мониторинга являются: контроль за фоновыми загрязнениями; наблюдение, оценка, прогноз трансграничных переносов вредных веществ; формирование базы данных об экологической обстановке в регионе.

5. Составляющие экологического мониторинга

Экологический мониторинг состоит из геофизического, биологического и медицинского мониторинга антропогенных воздействий.

Геофизический мониторинг

Геофизический мониторинг включает элементы наблюдения, оценки и прогноза геофизической среды (включая загрязнения окружающей среды радиоактивными и химическими веществами). При этом осуществляется наблюдение, оценка и прогноз состояния крупных геофизических систем (погоды и климата).

Климатом называется крупная планетарная геофизическая система параметров, которые характеризуют условия жизни в нижних слоях тропосферы, на поверхности Земли и в мировом океане. Климат обусловлен характером рельефа поверхности, наличием теплых или холодных океанических течений, режимом облачности, аэрозольным и химическим составом стратосферы и тропосферы, а также двумя астрономическими параметрами - радиусом земной орбиты и наклоном оси. Кроме того, на климат влияет также широта местности, существенны и солнечно-земные связи. Климат существенно зависит и от космических факторов. На Солнце происходят так называемые солнечные вспышки, связанные с нестационарностью магнитных полей и конвективных процессов в некоторых слоях Солнца (солнечная активность). На Земле солнечные вспышки проявляются как потоки заряженных частиц, возмущающих магнито- и ионосферу Земли.

Изменения климата могут носить как долговременный (сотни и тысячи лет), так и кратковременный характер. Системы геофизического мониторинга предназначены для изучения и прогнозирования главным образом климата, а также связанных с ним экологических кризисов и катастроф.

К геофизическим параметрам относятся температура, влажность и давление воздуха в нижних слоях тропосферы, ветровые параметры, температура воды, параметры течений, учет космических факторов.

Биологический мониторинг

Важным компонентом экологического мониторинга является биологический мониторинг. Его основная задача - определение состояния биохимической составляющей биосферы. Фиксируется отклик биосферы на антропогенное воздействие и характер ее собственно эволюционного развития. Состояние биосферы изучают на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях, а также на уровне биоценозов.

При организации биологического мониторинга предусматриваются наблюдение, оценка и прогноз состояний важнейших популяций (с точки зрения их хозяйственной ценности и существования экосистем) с двумя типами контроля - биоиндикацией и биотестированием. Биоиндикация -это оценка качества среды по обитающим в ней организмам, а биотестирование - метод определения степени токсичности воздействия физических, химических и биологических факторов среды, которые потенциально опасны для живых организмов.

Медицинский мониторинг

Медицинский мониторинг предполагает наблюдение, оценку и прогноз состояния здоровья человека (с помощью комплекса медицинских статистических параметров). Эти данные дополняют наблюдения и оценка состояния наиболее чувствительных к антропогенным воздействиям популяций растений и животных.

Отдельной задачей мониторинга является промышленный мониторинг источников и факторов антропогенного воздействия, связанный, главным образом, с работой промышленности. В задачу промышленного мониторинга входит обнаружение выбросов вредных веществ в атмосферу и водную среду, а также контроль распространения антропогенных загрязнений.

При промышленном мониторинге учитывают параметры как стационарных источников выбросов (например, труб промышленных объектов), так и подвижных объектов (транспортных средств).

6. Мониторинг источников и факторов антропогенных воздействий

Источники антропогенных воздействий являются одной из главных причин природных и промышленных экологических кризисов и катастроф. Роль специализированных систем мониторинга заключается в предупреждении и прогнозе экологических воздействий человека на окружающую среду. Источником антропогенных воздействий на биосферу являются различные виды хозяйственной деятельности человека. Особую опасность представляет эксплуатация пожаро- и взрывоопасных объектов, а также объектов, представляющих угрозу в химическом отношении. К источникам антропогенных воздействий радиационной природы относятся объекты ядерного топливного цикла. В качестве источников антропогенного воздействия специально рассматриваются не сами опасные объекты, а выбросы радиоактивных, химически и биологически активных компонентов. Понятно, что мощность промышленных выбросов вредных веществ определяется объемом производства, составом сырья и топлива, особенностями используемой технологии. Учитывая промышленный характер источников загрязнений, технические средства мониторинга носят специфический характер и неразрывно связаны, прежде всего, с технологическими процессами.

7. Методы наблюдения за состоянием природной среды

экологический мониторинг антропогенный геоинформационный

Для контроля за состоянием водоемов, атмосферы, литосферы, растительных покровов, сельскохозяйственных культур и урбанизированных территорий используется экологический мониторинг.

Методы ведения мониторинга делятся на контактные и дистанционные методы.

Контактные методы ведения мониторинга

Контактные методы опираются на приемы аналитической химии. На базе средств аналитического приборостроения активно используются следующие физико-химические методы контроля и диагностики:

¦ оптические методы анализа и атомная и молекулярная спектроскопия

(рефракто- и поляриметрический методы, фотоколориметрические методы анализа, спектрофотометрия, фотометрия водных сред, содержащих взвешенные и коллоидные частицы, люминесцентный анализ, эмиссионный спектральный анализ, методы атомной спектроскопии, атомно-эмиссионная и атомно-абсорбционная спектроскопия; атомно-флуоресцентная, УФ-, видимая и ИК-спектроскопия, нейтронно-активационныи анализ);

¦ электрохимические методы анализа -

(капиллярный электрофорез, электрогравиметрический анализ, кулонометрические методы, полярография, потенциометрические методы анализа);

масс-спектрометрия;

электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный магнитный резонанс (ЯМР), у-резонансная спектроскопия;

хроматография, включающая методы газовой хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Аналитические методы в контактном мониторинге окружающей среды доминировали во всем мире до 1980-х годов. В настоящее время зарубежными и отечественными специалистами признана недостаточность проведения только химического контроля качества экосистем и биоценозов, поскольку эти приемы часто являются узко специфическими и не охватывают все системные особенности экосистем и биоценозов. Так, кроме веществ, выявляемых методами физико-химического анализа, в природных и природно-антропогенных средах могут присутствовать:

кроме участвующих в технологических процессах сопутствующие или промежуточные вещества;

вещества, образующиеся в результате ферментативного биохимического окисления живыми организмами и, возможно, неизвестной химической структуры;

вещества с известной химической структурой, но не обнаруживаемые из-за отсутствия чувствительных аналитических методов (это относится ко многим органическим соединениям);

вещества, для которых имеется соответствующая аналитическая техника, но она не достаточно точная, и результат анализа может быть приблизительным или даже неправильным.

Таким образом, физико-химические аналитические методы не дают исчерпывающей картины антропогенного воздействия на биосферу, поскольку:

охватываются не все, а лишь часть реально присутствующих в исследуемой среде соединений, загрязняющих окружающую среду;

использование все более сложного и дорогостоящего аналитического оборудования не гарантирует получения достоверных результатов;

не может быть учтена степень вреда на человека и биоту комплексного воздействия загрязняющих веществ.

Очевидная недостаточность химического анализа качества окружающей среды привела к активному внедрению в последние десятилетии методик биологического анализа - биоиндикации и биотестирования.

Биоиндикация основывается на исследовании структуры экосистемы в естественной среде. При этом учитывается биологическое разнообразие, численность, биомасса, доминирование, количество видов-индикаторов и другие характеристики всех экологических групп организмов исследуемой экосистемы.

Особые задачи выполняет метод биотестирования. В отличие от биоиндикации биотестирование является лабораторным методом, может проводиться в любое время года и применяться не только к природным биогеоценозам, но и к антропогенным экосистемам. В его основу положено наблюдение за жизненными функциями определенных биологических объектов, помещенных в испытуемую среду. По их жизнедеятельности делается заключение о качестве исследуемой среды. В частности, биотестирование используется как метод токсикологического контроля, и в ряде развитых стран исследование качества среды предусматривает кроме химических показателей обязательный токсикологический контроль каждой пробы, в основном для определения качества воды.

Дистанционные методы ведения мониторинга (дистанционное зондирование)

Для объектов мониторинга, занимающих огромные площади на поверхности земного шара, используются принципы пассивного и активного дистанционного зондирования.

Теоретической основой дистанционного зондирования являются разделы математической физики и математической статистики случайных процессов.

Сбор, анализ и соединение результатов дистанционного зондирования с данными контактных измерений осуществляются в специальных государственных организациях.

Оптические и СВЧ-методы зондирования обеспечивают глобальный и региональный экологический мониторинг атмосферы.

В настоящее время развернуты целые комплексы космических дистанционного зондирования Земли. Автоматические космические аппараты осуществляют измерения во всем спектре электромагнитных волн от радио- до ультрафиолетового и гамма-диапазонов. Оперативное визуальное наблюдение, поддерживаемое сетью наземных полигонов, производится с пилотируемых станций, авиационных носителей. Авиационные и космические носители систем зондирования Земли снабжены оптико-электронными сканирующими системами, которые осуществляют оптическое и инфракрасное зондирование поверхности Земли. Эти системы дают черно-белые, цветные и спектрозональные снимки в диапазоне длин волн 450...950 им. Микроволновое пассивное зондирование проводится СВЧ радиометрами и радиотелескопами. Активное зондирование ведут и радиолокационные системы апертурного синтеза. Необходимость повышения избирательной способности изображения привела к созданию многозональных аппаратов, производящих сканирование в нескольких узких интервалах спектра электромагнитных волн. Многозональная съемка производится синхронно, несколькими камерами - от 24 до 480. Выделение отдельных спектральных составляющих на снимке позволяет вычленять определенные типы экологических объектов. Так, например, при наблюдении в ближнем ИК-диапазоне в области 700...900 нм (0.7...0.9 мкм) хорошо фиксируются земная поверхность и геологические объекты. Кроме того, снимки в ближнем ИК-диапазоне используют для дешифровки гидрографической сети и тепловых аномалий на поверхности суши и воды. Для дешифрирования космических снимков используются современные достижения физической и лазерной оптики, статистической радиофизики и компьютерных геоинформационных технологиий, включая методы искусственного интеллекта и когнитивной машинной графики. По набору спектрозональных снимков, полученных методами дистанционного зондирования, можно классифицировать лесные массивы, сельскохозяйственные угодья, распознавать геологические структуры, прогнозировать урожайность зерновых, выявлять экологически неблагоприятные зоны. Классификацию растительного, ледового и снежного покрова, а также контроль акваторий обеспечивают СВЧ-методы аэрокосмического зондирования.

Заключение

Мониторинг за состоянием ОС в нашей стране осуществляется в соответствии с Постановлением Правительства РФ "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга" от 24.11.93 г., а санитарно-гигиенический мониторинг проводится органами Госсанэпиднадзора на основании Постановления Правительства РФ от 06.10.94 г. Различают три уровня территориального охвата современного мониторинга:

локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);

региональный (геосистемный, природно-хозяйственный);

глобальный (биосферный, фоновый), включающий в себя наблюдения за состоянием ОС из космоса -- космический мониторинг.

В основных структурных элементах ОС ведутся постоянные наблюдения за присутствием следующих наиболее опасных для природных экосистем и человека загрязняющих веществ:

в атмосферном воздухе -- оксидов углерода, азота, серы, взвешенных веществ (аэрозолей), углеводородов, радионуклидов, бенз(сс)пирена;

в поверхностных водах -- нефтепродуктов, фенолов, соединений фосфора и азота, тяжелых металлов, пестицидов, минеральных солей, а также контролируется комплексный показатель рН;

в биоте -- тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов.

Проводится мониторинг воздействия вредных физических факторов, таких, как радиация, шум, электромагнитные поля и излучения. Контролируются, прежде всего, зоны влияния соответствующих крупных источников, а именно АЭС, аэропортов, крупных промышленных и транспортных центров, электростанций и линий электропередачи, телерадиоцентров и ретрансляторов.

В настоящее время в рамках деятельности Всемирной Метеорологической организации создана мировая сеть станций фонового мониторинга, осуществляющая слежение за определенными параметрами состояния ОС. Работа проводится под эгидой Программы ООН по окружающей среде и координируется ЮНЕСКО. Наблюдениями охвачены все типы экосистем. В России станции комплексного фонового мониторинга расположены в шести биосферных заповедниках, они являются частью глобальной международной сети наблюдений. Основными направлениями глобального мониторинга в нашей стране является изучение:

глобальных изменений (вследствие загрязнений), проявляющихся повсеместно, например, изменений климата;

эффектов, связанных с распространением загрязнений на большие расстояния, включая трансграничный перенос, например, закисление почв под влиянием выбросов в атмосферу соединений серы;

результатов антропогенных воздействий, которым свойственна большая инерционность эффекта, например эффект накопления хлорорганических пестицидов.

Список использованной литературы

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов / Под общ. ред. В.В. Хаскина. - М.: ЮНИТИ, 1998.

2. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. - Ростов н/Д.: Феникс, 2003. - 384 с.

3. Константинов В.М. Экологические основы природопользования. - М.: Мастерство, 2001. - 208 с.

4. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов-на- Дону: Феникс, 2000.

5. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособие для вузов. М.: Агентство "Фаир", 1998.

6. Тимофеева С.С. Экологический менеджмент. - М., 2001.

7. Экология и экономика природопользования/Под ред. Э.В. Гарусова, С.Н. Чепурных. - М.: закон и право ЮНИТИ.- 1998. - 454 с.

Размещено на Allbest.ru