Экологический мониторинг

Лекция №14

Понятие экологического мониторинга
Задачи экологического мониторинга
Классификация мониторинга
Оценка фактического состояния окружающей среды (санитарно-гигиенический мониторинг, экологический)
Прогноз и оценка прогнозируемого состояния

1. Понятие экологического мониторинга

Мониторингом называют систему повторных наблюдений одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определёнными целями и в соответствии с заранее подготовленной программой (Менн, 1972). Необходимость в детальной информации о состоянии биосферы стала ещё более очевидной в последние десятилетия в связи с серьезными негативными последствиями, вызванными бесконтрольной эксплуатацией человеком природных ресурсов.

Для выявления изменений состояния биосферы под влиянием деятельности человека необходима система наблюдений. Такую систему в настоящее время общепринято называть мониторингом.

Слово «мониторинг» вошло в научный оборот из англоязычной литературы и происходит от английского слова «monitoring» происходит от слова «monitor», имеющее в английском языке следующее значение: монитор, прибор или устройство для наблюдения и постоянного контроля над чем-либо.

Понятие мониторинга окружающей среды было впервые введено Р.Менном в 1972г. на Стокгольмской конференции ООН.

У нас в стране одним из первых теорию мониторинга стал разрабатывать Ю.А. Израэль. Уточняя определение мониторинга окружающей среды, Ю.А.Израэль ещё в 1974 г. сделал акцент не только на наблюдение, но и на прогнозе, введя в определение термина «мониторинга окружающей среды» антропогенный фактор как основную причину этих изменений. Мониторингом окружающей среды он называет систему наблюдений, оценки и прогноза антропогенных изменений состояния окружающей природной среды. (Рис.1) [1,3]. Стокгольмская конференция (1972г) по окружающей среде положила начало созданию глобальных систем мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS).

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

Наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;
Оценку фактического состояния природной среды;
Прогноз состояния природной среды. И оценку этого состояния.

Таким образом, мониторинг – это многоцелевая информационная система наблюдений, анализа, диагноза и прогноза состояния природной среды, не включающая управлением качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для такого управления (рис. 2.) [4;5].

Информационная система/мониторинг/ Управление

Рис. 2. Блок-схема системы мониторинга.

2. Задачи экологического мониторинга

Научно-техническое обеспечение наблюдения, оценки прогноза состояния окружающей среды;
Наблюдения за источниками поступления загрязняющих веществ и уровнем загрязнения окружающей среды;
Выявление источников и факторов загрязнения и оценки степени их воздействия на окружающую среду;
Оценка фактического состояния окружающей среды;
Прогноз изменения состояния окружающей среды и пути улучшения ситуации. (Рис.3.) [1].

Суть и содержание мониторинга окружающей среды состоит из упорядоченного набора процедур, организованного в циклы: Н1 – наблюдения, О1 – оценка, П1 – прогноз и У1 – управление. Затем наблюдения дополняются новыми данными, на новом цикле, и далее циклы повторяются на новом временном отрезке Н2, О2, П2, У2 и т.д. (Рис. 4.) [2].

Таким образом, мониторинг представляет собой сложно построенную, циклически функционирующую и развивающуюся во времени по спирали постоянно действующую систему

Рис. 4. Схема функционирования мониторинга во времени.

3. Классификация мониторинга.

По масштабам наблюдения;
По объектам наблюдения;
По уровню загрязнения объектов наблюдения;
По факторам и источникам загрязнения;
По методам наблюдения.

По масштабам наблюдения

Название уровня мониторинга	Организации, осуществляющие мониторинг
Глобальный	Межгосударственная система мониторинга окружающей среды
Национальный	Государственная система мониторинга окружающей среды территории России
Региональный	Краевые, областные системы мониторинга окружающей среды
Локальный	Городские, районные системы мониторинга окружающей среды
Детальный	Системы мониторинга окружающей среды предприятий, месторождений, заводов и т.д.

Детальный мониторинг

Низшим иерархическим уровнем является уровень детального мониторинга окружающей среды, реализуемого в пределах территорий и масштабах отдельных предприятий, заводов, отдельных инженерных сооружений, хозяйственных комплексов, месторождений и т.д. Системы детального мониторинга окружающей среды являются важнейшим звеном в системе более высокого ранга. Их объединение в более крупную сеть образует систему мониторинга локального уровня.

Локальный мониторинг (импактный)

Проводится в сильно загрязнённых местах (городах, населённых пунктах, водных объектах и т.д.) и ориентирован на источник загрязнения. В

связи с близостью к источникам загрязнения здесь обычно присутствуют в значительных количествах все основные вещества, входящих в состав выбросов в атмосферу и сброс в водные объекты. Локальные системы, в свою очередь, объединяются в еще более крупные – системы регионального мониторинга.

Региональный мониторинг

Проводится в пределах какого-то региона, с учётом природного характера, видом и интенсивностью техногенного воздействия. Системы регионального мониторинга окружающей среды объединяются в пределах одного государства в единую национальную сеть мониторинга.

Национальный мониторинг

Система мониторинга в рамках одного государства. Такая система отличается от глобального мониторинга не только масштабами, но и тем, что основной задачей национального мониторинга является получение информации и оценка состояния окружающей среды в национальных интересах. В России осуществляется под руководством МПР. В рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения национальных систем мониторинга в единую межгосударственную сеть – «Глобальную сеть мониторинга окружающей среды» (ГСМОС)

Глобальный мониторинг

Назначение ГСМОС – осуществление мониторинга за изменением в окружающей среды на Земле в целом, в глобальном масштабе. Глобальный мониторинг – это система слежения за состоянием и прогнозирование возможных изменений общемировых процессов и явлений, включая антропогенное воздействие на биосферу в целом. ГСМОС занимается глобальным потеплением климата, проблемами озонового слоя, сохранение лесов, засухи и т.д. [2, 3, 4].

По объектам наблюдения

Атмосферный воздух
в населённых пунктах;
разных слоёв атмосферы;
стационарные и передвижные источники загрязнения.
Подземные и поверхностные водные объекты
пресные и солёные воды;
зоны смешения;
зарегулированные водные объекты;
природные водоёмы и водотоки.
Геологическая среда
почвенный слой;
грунты.
Биологический мониторинг
растения;
животные;
экосистемы;
человек.
Мониторинг снежного покрова
Мониторинг радиационного фона.

Уровень загрязнения объектов наблюдения

Фоновый (базовый мониторинг)

Это наблюдения за объектами окружающей среды в условно чистых природных зонах.

2. Импактный

Ориентирован на источник загрязнения или отдельное загрязняющее воздействие.

По факторам и источникам загрязнения

1. Инградиентный мониторинг

Это физическое воздействие на окружающую среду. Это радиационное излучение, тепловое воздействие, инфракрасное, шум, вибрация и т.д.

2. Ингредиентный мониторинг

Это мониторинг отдельного загрязняющего вещества.

По методам наблюдения

1. Контактные методы

2. Дистанционные методы [3].

4. Оценка фактического состояния окружающей среды

Оценка фактического состояния является ключевым направлением в рамках мониторинга окружающей природной среды. Она позволяет определить тенденции изменений состояния окружающей среды; степень неблагополучия и его причины; помогает принять решения по нормализации положения. Могут быть выявлены и благоприятные ситуации, указывающие на наличие экологических резервов природы.

Экологический резерв природной экосистемы есть разница между предельно допустимым и фактическим состоянием экосистемы.

Метод анализа результатов наблюдений и оценка состояния экосистемы зависят от вида мониторинга. Обычно оценка осуществляется по совокупности показателей или по условным индексам, разработанным для атмосферы, гидросферы, литосферы. К сожалению, нет унифицированных критериев даже для одинаковых элементов природной среды. Для примера рассмотрим лишь отдельные критерии.

В санитарно-гигиеническом мониторинге обычно используют:

1) комплексные оценки санитарного состояния природных объектов по совокупности измеряемых показателей (таблица 1) или 2) индексы загрязнений.

Таблица 1.

Комплексная оценка санитарного состояния водоемов по совокупности физических, химических и гидробиологических показателей

Общий принцип расчета индексов загрязнений следующий: вначале определяется степень отклонения концентрации каждого загрязняющего вещества от его ПДК, а затем полученные величины объединяются в суммарный показатель, который учитывает воздействие нескольких веществ.

Приведем примеры расчета индексов загрязнения, используемых для оценки загрязненности атмосферного воздуха (ИЗ) и качества поверхностных вод (ИЗВ).

Расчет индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА).

В практической работе используют большое количество различных ИЗА. Некоторые из них основаны на косвенных показателях загрязнения атмосферы, например, на видимости атмосферы, на коэффициенте прозрачности.

Различные ИЗА, которые можно разделить на 2 основные группы:

1.Единичные индексы загрязнения атмосферы одной примесью.

2.Комплексные показатели загрязнения атмосферы несколькими веществами.

К единичным индексам относятся:

Коэффициент для выражения концентрации примеси в единицах ПДК (а), т.е. значение максимальной или средней концентрации, приведенное к ПДК:

а = С / ПДК

Этот ИЗА используется как критерий качества атмосферного воздуха отдельными примесями.

Повторяемость (g) концентраций примеси в воздухе выше заданного уровня по посту либо по К постам города за год. Это процент (%) случаев превышения заданного уровня разовыми значениями концентрации примеси:

g = (m/n) 100%

где n - число наблюдений за рассматриваемый период, m - число случаев превышения разовыми концентрациями на посту.

ИЗА (I) отдельной примесью - количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы отдельной примесью, учитывающая класс опасности вещества через нормирование на опасность SО2:

I = (Cг /ПДКсс) Ki

где I - примесь, Ki - константа для различных классов опасности по приведению к степени вредности диоксида серы, Cг - среднегодовая концентрация примеси.

Для веществ различных классов опасности Кi принимается:

Класс опасности

Значение Ki

1,7

1,3

1,0

0,9

Расчет ИЗА основан на предположении, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества.

Данный ИЗА используют для характеристики вклада отдельных примесей в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период времени на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различными веществами.

К комплексным индексам относятся:

Комплексный индекс загрязнения атмосферы города (КИЗА) - это количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого n веществами, присутствующими в атмосфере города:

КИЗА=

где Ii - единичный индекс загрязнения атмосферы i-ым веществом.

Комплексный индекс загрязнения атмосферы приоритетными веществами - количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы приоритетными веществами, определяющими загрязнение атмосферы в города, рассчитывается аналогично КИЗА.

Расчеты индекса загрязнения природных вод (ИЗВ) также могут быть выполнены несколькими методами.

Приведем в качестве примера метод расчета, рекомендованный нормативным документом, который является неотъемлемой частью Правил охраны поверхностных вод (1991) - СанПиН 4630-88.

Вначале измеренные концентрации загрязняющих веществ группируют по лимитирующим признакам вредности - ЛПВ (органолептическому, токсикологическому и общесанитарному). Затем для первой и второй (органолептический и токсикологический ЛПВ) групп рассчитывают степень отклонения (Аi) фактических концентраций веществ (Ci) от их ПДКi, так же, как и для атмосферного воздуха (Ai= Ci/ПДКi). Далее находят суммы показателей Аi, для первой и второй групп веществ:

где S - сумма Аi для веществ, нормируемых по органолептическому (Sорг) и токсикологическому (Sтокс) ЛПВ; n - число суммируемых показателей качества воды.

Кроме того, для определения ИЗВ используют величину растворенного в воде кислорода и БПК20 (общесанитарный ЛПВ), бактериологический показатель - число лактозоположительных кишечных палочек (ЛПКП) в 1 л воды, запах и привкус. Индекс загрязнения воды определяется в соответствии с гигиенической классификацией водных объектов по степени загрязнения (табл.2).

Сопоставляя соответствующие показатели (Sорг, Sтокс, БПК20 и т. д.) с оценочными (см. табл. 2), определяют индекс загрязнения, степень загрязнения водного объекта и класс качества вод. Индекс загрязнения определяют по наиболее жесткому значению оценочного показателя. Так, если по всем показателям вода относится к I классу качества, но содержание кислорода в ней меньше 4,0 мг/л (но больше 3,0 мг/л), то ИЗВ такой воды следует принять за 1 и отнести ее ко II классу качества (умеренная степень загрязнения).

От степени загрязнения воды водного объекта зависят виды водопользования (табл. 3).

Таблица 2.

Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения (по СанПиН 4630-88)

Таблица 3

Возможные виды водопользования в зависимости от степени загрязнения водного объекта (по СанПиН4630-88)

Степень загрязнения	Возможное использование еоднсо объекта
Допустимая	Пригоден для всех видов водопользования населения практически без каких-либо ограничений
Умеренная	Свидетельствует об опасности использования водного объекта для культурно-бытовых цепей. Использование как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения без снижения уровня: химического загрязнения на очистных водопроводных сооружениях может привести к начальным симптомам интоксикации у части населения, особенно при наличии веществ 1-го и 2-го классов опасности
Высокая	Безусловная опасность культурно-бытового водопользования на водном объекте. Недопустимо использование как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения из-за сложности удаления токсических веществ в процессе водоподготовки. Употребление для питья воды может привести к появлению симптомов интоксикации и развитию отделенных эффектов, особенно при присутствии веществ 1-го и 2-го классов опасности
Чрезвычайно высокая	Абсолютная непригодность для всех видов водопользования. Даже кратковременное использование воды водного объекта опасно для здоровья населения

В службах Минприроды РФ для оценки качества воды используют методику расчета ИЗВ только по химическим показателям, но с учетом более жестких рыбохозяйственных ПДК. При этом выделяют не 4, а 7 классов качества:

I - очень чистая вода (ИЗВ = 0,3);

II - чистая (ИЗВ = 0,3 - 1,0);

III - умеренно загрязненная (ИЗВ = 1,0 - 2,5);

IV - загрязненная (ИЗВ = 2,5 - 4,0);

V - грязная (ИЗВ = 4,0 - 6,0);

VI - очень грязная (ИЗВ = 6,0 - 10,0);

VII - чрезвычайно грязная (ИЗВ более 10,0).

Оценка уровня химического загрязнения почвы проводится по показателям, разработанным в геохимических и геогигиенических исследованиях. Такими показателями являются:

коэффициент концентрации химического вещества (Кi),

Кi = Сi/Сфi

где Сi – фактическое содержание определяемого вещества в почве, мг/кг;

Сфi – региональное фоновое содержание вещества в вочве,мг/кг.

При наличии ПДКi для рассматриваемого типа почв, Кi определяют по кратности превышения гигиенического норматива, т.е. по формуле

. Кi = Сi/ПДКi

суммарный показатель загрязнения Zc, который определяется по сумме коэффициентов концентрации химических веществ:

Zc = Ki – (n-1)

Где n – число загрязняющих веществ в почве, Кi- коэффициент концентрации.

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почвы по суммарному показателю представлена в табл. 3.