Министерство образования Российской Федерации
Тихоокеанский государственный экономический университет
М.В. Горшков
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
Учебное пособие
Владивосток
Издательство ТГЭУ
2010
УДК 504.06 (075.8)
Г 70
Горшков М.В. Экологический мониторинг. Учеб. пособие. 2-е изд. испр. и доп. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. 300 с.
Учебное пособие «Экологический мониторинг» содержит обширный материал по проблемам окружающей среды и защите её от загрязнений. Особое внимание уделено статистической обработке мониторинговых данных и применению информационно-компьютерных технологий.
Разработано в соответствии с образовательным минимумом содержания дисциплины «Экологический мониторинг», имеющегося в «Требованиях (федеральный компонент) к обязательному минимуму содержания и подготовки специалистов по циклу «Общепрофессиональные дисциплины», обучающихся по специальности 020802 «Природопользование». Предназначено для ознакомления студентов, аспирантов и всех интересующихся с принципами и методами мониторинга окружающей среды.
Печатается по решению УМС ТГЭУ
Рецензенты: доктор биол. наук, проф. Б.И. Сёмкин (ТИГ ДВО РАН);
доктор биол. наук, проф. В.П. Селедец (ТИГ ДВО РАН).
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
© Горшков М.В., 2010
|
© Издательство ТГЭУ, 2010
|
ВВЕДЕНИЕ
Экологический мониторинг является информационной основой для широкого спектра природоохранной деятельности. Полученные данные используются для научных исследований, оценки состояния окружающей среды и принятия управленческих решений.
Глобальная система экологического мониторинга позволяет получать колоссальный объём данных любого масштаба. Это данные метеорологических станций, систем дистанционного зондирования (космические снимки, сейсмосъёмка, электромагниторазведка и т.п.). Результаты мониторинга указывают на сложность и неоднозначность воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду. Для анализа полученных данных, а также для прогнозирования на основе обработки этих данных выделяются колоссальные вычислительные мощности. И это не удивительно. Ведь грамотная оценка ситуации даёт нам информацию о качестве окружающей среды, существующих резервах системы и позволяет реализовать экологически целесообразные управленческие решения.
Стоит отдельно отметить мониторинг биологических объектов. В этой области до сих пор слабо формализованы методы оценки, но потребность в определении качества среды очень высока. Об этом явно говорит интерес к проблеме сохранения биоразнообразия. Для понимания закономерностей функционирования популяционно-видового, экосистемного уровня и надэкосистемных структур необходимо применять новейшие разработки этого направления. Это методы биоиндикации, широкий спектр математических методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия, информационные технологий для обработки экологических данных, а системы искусственного интеллекта и т.п.
Система экологического мониторинга не ограничивается только сбором информации об окружающей среде. Экологический мониторинг сам по себе является исследованием, которое включает в себя этапы сбора, упорядочивания, анализа данных, прогнозирования и принятия управленческого решения. Постоянный мониторинг лежит также в основе функционирования кадастровых систем, геоинформационных систем, а также экосистемного анализа. Данные экологического мониторинга используются при проведении экологической экспертизы (например, для оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС)), экологического аудита и в других смежных областях.
РАЗДЕЛ 1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Впервые термин мониторинг (от лат. monitor – предостерегающий) появился перед проведением международной конференции в Стокгольме (1972 г.). Под мониторингом было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. Позднее система мониторинга была расширена – в неё был включён этап принятия управленческого решения (рис. 1). Большой вклад в разработку теории мониторинга внесли И.П. Герасимов [11], Ю.А. Израэль [17] и др.
В настоящее время под экологическим мониторингом понимается информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.
В системе экологического мониторинга постоянно должны реализовываться две цели:
Постоянная оценка «комфортности» условий среды обитания человека и других биологических объектов.
Предоставление информационной составляющей для целей прогнозирования, моделирования и принятия управленческих решений.
В процессе мониторинга решаются следующие задачи:
Организация единой системы сбора и обработки данных наблюдений;
Обеспечение достоверности и сопоставимости данных наблюдений;
Организация хранения данных наблюдений, ведение специальных банков и баз экологических данных;
Оценка и прогноз состояния объектов окружающей природной среды;
Информационное обеспечение органов власти и управления комплексной информацией о состоянии окружающей природной среды и природных ресурсах, а также населения информацией о проблемах обеспечения экологической безопасности [16].
Рис. 1. Блок-схема системы мониторинга [11].
Общей рекомендацией к системе экологического мониторинга является системное представление объекта мониторинга. Только в этом случае возможно собрать данные, которые впоследствии можно будет анализировать и давать им содержательную интерпретацию [1, 4, 9, 12, 18-19, 25, 34, 38, 41, 45-46, 48].
В настоящее время основным методом оценки окружающей среды является экологическое нормирование. В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду.
Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование основаны на знании эффектов, оказываемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы. Одним из важных понятий в нормировании является понятие загрязнения:
Загрязнение окружающей среды – поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду.
Обычно выделяют следующие виды загрязнения:
Химическое. Загрязнение ксенобиотиками и другими химическими веществами.
Физическое. Тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное и прочие физические воздействия.
Биологическое. Загрязнение микроорганизмами (гниение, болезнетворность), животными (паразиты), растениями (цветение водоёмов) и др.
Визуальное. Нарушение эстетической привлекательности ландшафта (например, вследствие организации свалки строительного мусора).
В зависимости от времени поступления загрязнителей различают три вида загрязнений:
Первичное загрязнение – вызванное поступлением загрязняющих веществ и процессами непосредственного их превращения. В цикле первичного загрязнения могут появляться вторичные и последующие загрязняющие вещества.
Вторичное загрязнение – развивается как следствие первичного загрязнения и представляет собой новый цикл загрязнения.
Повторное загрязнение – вызванное повторным выносом загрязняющих веществ вследствие первичного загрязнения. Например, вынос осевших на дно или вмерзших в лед нефтепродуктов во время паводка или таяния льда.
В настоящее время существует фактическое разделение на экологическую безопасность в отношении человека и экологическую безопасность в отношении к окружающей природной среде. Принцип антропоцентризма верен в отношении истории развития нормирования: значительно ранее прочих были установлены нормативы приемлемых для человека условий среды (прежде всего, производственной). Тем самым было положено начало работам в области санитарно-гигиенического нормирования. В частности, были выведены такие группы нормативов как предельно-допустимая концентрация (ПДК) и предельно допустимый уровень воздействия (ПДУ):
Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной среде), практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных воздействий.
Предельно-допустимый уровень (ПДУ) – утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив, связанный с нагрузкой физических факторов (шума, электромагнитного излучения и др.) в окружающей (или производственной среде), практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных воздействий.
В тех случаях, когда для вредных факторов не определён санитарно-гигиенический норматив, а исследование находится только на стадии опытных или опытно-промышленных разработок, применяются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ): ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) и ориентировочные допустимые уровни (ОДУ).
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов. Существует большое количество справочников (например, [5, 28], содержащих подробную и исчерпывающую информацию о ПДК и токсикологических показателях различных химических веществ. Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава РФ распространяет АРИПС (автоматизированная распределённая информационно-поисковая система) «Опасные вещества» – базу данных по опасным химическим и биологическим веществам, содержащую данные о 3000 зарегистрированных в РПОХВ (российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ) веществах (химическая номенклатура, физико-химические характеристики, параметры токсикометрии, оценку специфических и отдаленных эффектов, показатели экологической безопасности, гигиенические и экологические нормативы, библиографические данные). В базу данных, наряду с исчерпывающей отечественной информацией, включены сведения из ведущих зарубежных баз данных опасных веществ, в том числе международного регистра потенциально токсичных веществ (http://www.rpohv.ru).
Установление нормативов качества окружающей среды и продуктов питания основывается на концепции пороговости воздействия.
Порог вредного действия – это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.
ПДК и ПДУ определяются с учётом ДСД (допустимой суточной дозы) или ДСП (допустимого суточного потребления).
Стандарт ГОСТ 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности» устанавливает следующие признаки для определения класса опасности (табл. 1).
Таблица 1.
Критерии определения класса опасности для человека
Наименование показателя
|
Норма для класса опасности
|
1-го
|
2-го
|
3-го
|
4-го
|
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/куб.м
|
Менее 0,1
|
0,1-1,0
|
1,1-10,0
|
Более 10,0
|
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг
|
Менее 15
|
15-150
|
151-5000
|
Более 5000
|
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг
|
Менее 100
|
100-500
|
501-2500
|
Более 2500
|
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/куб.м
|
Менее 500
|
500-5000
|
5001-50000
|
Более 50000
|
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)
|
Более 300
|
300-30
|
29-3
|
Менее 3
|
Зона острого действия
|
Менее 6,0
|
6,0-18,0
|
18,1-54,0
|
Более 54,0
|
Зона хронического действия
|
Более 10,0
|
10,0-5,0
|
4,9-2,5
|
Менее 2,5
|
По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:
1-й – вещества чрезвычайно опасные: бензапирен, бериллий, диэтилртуть, тертаэтилсвинец, таллий и др.
2-й – вещества высокоопасные: бор, ДДТ (сумма изомеров), кадмий (суммарно), мышьяк, нитриты, свинец (суммарно), селен, стронций, сурьма, формальдегид.
3-й – вещества умеренно опасные: алюминий, марганец, медь (суммарно), нитраты, озон, хром.
4-й – вещества малоопасные: сероводород, сульфаты, хлориды.
Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.
Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирование охватывает все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм, хотя редко отражает комбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступления вредных веществ в организм различными путями и с различными средами – с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном содержании в атмосферном воздухе.
Для ориентировочного определения комбинированного действия обычно предлагается использовать следующую формулу:
 ,
где Ci – концентрация вещества в исследуемой среде; ПДК1 – предельно-допустимая концентрация данного вещества. Уровень загрязнения считается допустимым если конечное значение в результате расчётов меньше единицы.
Однако человек не самый чувствительный из биологических видов, и принцип «защищен человек – защищены и экосистемы» в общемслучае не верен. Экологическое нормирование предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.
Всю совокупность экологических нормативов можно упорядочить следующим образом:
Органолептические нормативы. Определяются с помощью органов чувств (мутность, цвет, запах, вкус).
Общесанитарные нормативы. Определяются для малотоксичных и нетоксичных веществ.
Санитарно-токсикологические нормативы. Определяются для токсичных веществ.
Фитоаккумуляционные нормативы. Определяются по накоплению в тканях растений.
Водно-миграционные нормативы. Определяются по миграции в водной среде.
Воздушно-миграционные нормативы. Определяются по миграции в воздушной среде.
Антропогенное загрязнение окружающей среды весьма разнообразно. Основными источниками являются промышленные предприятия, энергетический комплекс, транспорт, сельское хозяйство и бытовые отходы.
Классы опасности для окружающей среды определяются согласно приказа МПР от 15.06.2001 года № 511. Установлено 5 классов опасности:
Таблица 2.
Критерии определения класса опасности для окружающей среды
-
КЛАСС ОПАСНОСТИ
отхода для окружающей природной среды
|
СТЕПЕНЬ
вредного воздействия опасных отходов на окружающую природную среду
|
КРИТЕРИИ
отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды
|
I класс. Чрезвычайно опасные
|
очень высокая
|
|
II класс. Высокоопасные
|
высокая
|
экологическая система сильно нарушена. период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия
|
III класс. Умеренно опасные
|
средняя
|
экологическая система нарушена. период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника
|
IV класс. Малоопасные
|
низкая
|
экологическая система нарушена. период самовосстановления не менее 3-х лет
|
V класс. Практически неопасные
|
очень низкая
|
экологическая система практически не нарушена.
|
1-й – вещества чрезвычайно опасные. Функционирование экосистемы необратимо нарушено, восстановление невозможно.
2-й – вещества высокоопасные. Функционирование экосистемы сильно нарушено. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия.
3-й – вещества умеренно опасные. Функционирование экосистемы нарушено. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника.
4-й – вещества малоопасные. Функционирование экосистемы нарушено. Период самовосстановления не менее 3-х лет
5-й – вещества практически неопасные. Функционирование экосистемы практически не нарушено.
Научно-технические нормативы воздействия на окружающую среду разрабатываются для хозяйственных объектов в форме проектов томов предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС).
Предельно допустимый выброс (ПДВ) – количество загрязняющего вещества в отходящих газах, максимально допустимое к выбросу в атмосферу в единицу времени.
ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы (и для каждой примеси, выбрасываемой этим источником) таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДКмр. Основные значения ПДВ – максимальные разовые – устанавливаются при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы и не должны превышаться в любой 20-минутный период времени. Наряду с максимальными разовыми (контрольными) значениями ПДВ (г/с), устанавливаются производные от них годовые значения ПДВг (т/г), для отдельных источников и предприятия в целом с учетом временной неравномерности выбросов, в том числе за счет планового ремонта технологического и газоочистного оборудования.
Если значения ПДВ по причинам объективного характера не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливаются значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и вводится план поэтапного снижения показателей выбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ.
Основным нормативом сбросов загрязняющих веществ, установленным в Российской Федерации, является предельно допустимый сброс (ПДС):
Предельно допустимый сброс (ПДС) – количество вещества в сточных водах, максимально допустимое к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.
ПДС – предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них примесей – устанавливается с учетом предельно допустимых концентраций веществ в местах водопользования (в зависимости от вида водопользования), ассимилирующей способности водного объекта, перспектив развития региона и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.
ПДС устанавливаются для каждого источника загрязнения и каждого вида примеси с учетом их комбинированного действия. В основе определения ПДС (по аналогии с ПДВ) лежит методика расчета концентраций загрязняющих веществ, создаваемых источником в контрольных пунктах – расчетных створах – с учетом разбавления, вклада других источников, перспектив развития (проектируемые источники) и т.д.
Общий принцип установления ПДС – величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) при наихудших условиях для разбавления в водном объекте.
При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства в случае природного превышения этих норм) должны выдерживаться на водотоках, начиная со створа, расположенного в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.) вплоть до самого места водопользования, а на водоемах – на акватории в радиусе одного километра от пункта водопользования. Ближайшие пункты водопользования определяются органами санитарно-эпидемиологического контроля.
При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние рыбохозяйственных водотоков и водоемов, нормы качества поверхностных вод (или их природный состав и свойства в случае природного превышения этих норм) должны соблюдаться на протяжении всего участка водопользования, начиная с контрольного створа, определяемого в каждом конкретном случае органами МПР, но не далее, чем 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения поверхностных вод (мест добычи полезных ископаемых, производства работ на водном объекте и т.п.).
Для сбросов сточных вод в черте населенного пункта в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод» ПДС устанавливаются, исходя из отнесения нормативных требований к самим сточным водам. При этом следует руководствоваться тем, что использование водных объектов в черте населенных мест относится к категории коммунально-бытового водопользования.
В случае, если значения ПДС по объективным причинам не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливаются временно согласованные сбросы вредных веществ (ВСС) и аналогично вводится план поэтапного снижения показателей сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДС.
Лимитирование размещения твердых промышленных отходов (разработка проектов лимитов размещения) осуществляется на основании «Временных правил охраны окружающей среды от отходов производства и потребления в РФ». При этом под организованным размещением отходов понимаются регламентированные и осуществляемые в соответствии с установленными нормами и правилами процессы выделения, концентрирования, сбора, транспортировки, накопления, временного хранения отходов, предусматривающего возможность их дальнейшего использования, переработки, или ликвидации, захоронения.
Наиболее полно данные мониторинга используются в системе государственных кадастров. Кадастровые системы необходимы для сбора информации о состоянии окружающей среды (а также для определения правового и экономического статуса). Задачи учета и регистрации изменений компонентов окружающей среды появились в связи с фискальными интересами государства и потребностями рынка в правовой поддержке сделок с недвижимостью.
В состав Единой системы государственных кадастров (ЕСГК) должны войти следующие основные группы государственных кадастров:
кадастры природных ресурсов (земельный, водный, месторождений полезных ископаемых, экологический, растительного и животного мира и др.);
кадастры недвижимости (инженерных сетей и коммуникаций, жилых и нежилых строений, транспортных магистралей, улично-дорожных сетей и др.);
регистры (населения, предприятий, административно-территориальных образований).
Создание и ведение всех видов кадастра остается одной из важнейших проблем управления территориями на современном этапе. Кадастровая оценка (а также сопутствующая ей система постоянного мониторинга) объектов является необходимым условием для установления платы за ресурс, регулирования правовых отношений и составления прогнозных моделей, а также для решения задач перспективного управления. И хотя в настоящее время Единая система государственных кадастров (ЕСГК) ещё не создана в полном объёме и, даже само понятие «кадастр» находится в дискуссионном поле – очевидно, что данные мониторинга являются информационной базой этих систем.
Вопросы для самоконтроля
Что такое экологический мониторинг? Дайте современное определение.
Выделите цели и задачи экологического мониторинга.
Что такое загрязнение? Виды загрязнений окружающей среды.
Система экологического нормирования. Дайте определение ПДК, ПДУ, ПДВ, ПДС. Какие выделяют группы экологических нормативов? Понятие ОБУВ и связанных с ними нормативов.
Классы опасности. Отметьте основания для определения.
|
