Понятие о мониторинге окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Понятие о мониторинге окружающей среды

2. Мониторинг в районах развития атомной промышленности

Список использованной литературы

1. Понятие о мониторинге геологической среды

Термин мониторинг вошел в научный оборот из англоязычной литературы и происходит от английского слова monitoring - контрольное наблюдение. В свою очередь слово monitoring происходит от английского monitor, имеющего в английском языке несколько значений: 1) старший ученик, наблюдающий за порядком в младшем классе (в так называемых ланкастерских школах, основанных на принципе взаимного обучения); староста в классе; 2) монитор, прибор или устройство для наблюдений и постоянного контроля за чем-либо; 3) тип корабля.

Понятие мониторинг подразумевает постоянное контролирование чего-либо, проведение постоянного наблюдения за чем-либо. Так, например, в медицине утвердился термин мониторное наблюдение или мониторирование - длительное, проводимое на протяжении нескольких суток слежение за состоянием жизненно важных функций организма путем непрерывной регистрации показателей этих функций. Наряду с этим в медицине различают также и генетический мониторинг - контроль темпа мутационного процесса организма. При этом сама идея генетического мониторинга возникла в связи с опасностью для человека ионизирующих излучений и химического загрязнения окружающей, в том числе геологической среды, поскольку распространение мутагенных факторов в окружающей среде вызвало необходимость прямой оценки их влияния на наследственность человека.

Термин «мониторинг» и его производные широко используются в различных областях знаний: в биологии, медицине, географии и геологии. Многообразие объектов наблюдений или объектов мониторинга привело к большому числу терминов и понятий, характеризующих различные виды мониторинга. [1]

Понятие мониторинга окружающей среды было впервые введено Р. Мэнном в 1972 г. на Стокгольмской конференции ООН и с тех пор постоянно развивается и обсуждается на различных международных конгрессах и совещаниях. На Стокгольмской конференции ООН мониторингом окружающей среды было предложено называть систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой. Однако вскоре стало ясно, что такое определение сужает рамки содержания мониторинга и не позволяет во всей полноте раскрыть его цели и задачи.

У нас в стране одним из первых теорию мониторинга стал разрабатывать Ю.А. Израэль. Уточняя определение мониторинга окружающей среды, Ю.А. Израэль сделал акцент не только на наблюдения, но и на прогнозе, введя в определение термина «мониторинг 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. «Мониторинг - это система наблюдений, позволяющая выделить изменения биосферы под влиянием человеческой деятельности (мониторинг антропогенных изменений «окружающей среды)».

В таком уточнении понятия мониторинга окружающей среды есть два дискуссионных момента, которые неоднократно обсуждались в научной литературе и важны в аспекте определения целей мониторинга: 1) наблюдать ли в ходе мониторинга только антропогенные изменения среды или природные тоже; 2) включать ли в цели мониторинга только наблюдения и прогнозы или еще и управление состоянием среды. Дело в том, что специфические методика наблюдений и прогнозов, теория и методология разработки мониторинга в целом сложились в соответствующих научных предметах и в практике работ существовавшего в 70-80-е годы Государственного Комитета СССР по гидрометеорологии и контролю среды. При этом сам мониторинг окружающей среды «произошел» от системы гидрометеонаблюдений и на первых порах технически базировался в основном на ее режимной сети. Отсюда возник предложенный Ю.А. Израэлем термин «климатический мониторинг» - система (служба) контроля, оценки прогноза изменений и колебаний климатической системы: атмосфера - океан - поверхность суши (включая реки и озера) - криосфера-биота. В ходе климатического мониторинга за погодой и климатом можно наблюдать, но управлять этими объектами наблюдения пока практически невозможно. В наблюдениях объектов «воздух» и «вода» относительно просто выделить антропогенное отклонение наблюдаемой величины от природного фона. Поэтому в мониторинге окружающей среды необходим контроль как за природными, так и антропогенными изменениями. Дискуссию по этим вопросам завершил сам Ю.А. Израэль, который к 1990 году пришел к выводу о том, что «мониторинг в конечном счете служит управлению состоянием окружающей седы и в конечном итоге - экономикой, самой жизнью, обеспечивает биологическую устойчивость и, что очень важно подчеркнуть, социально-экономическую устойчивость (так как служит управлению)».

Как видно в приведенном выше определении «климатического мониторинга» геологическая среда не упоминается, хотя отмечается криосфера. К понятию «климатический мониторинг» близко стоит и такое понятие, как «экологический мониторинг». Объектом наблюдений последнего являются экосистемы, оценка их состояния (с точки зрения равновесия) и прогноз развития. [2]

Одна их первых обзорных классификаций систем и подсистем мониторинга разных типов была составлена в начале 70-х годов Ю.А. Израэлем. Согласно этой классификации системы мониторинга могут подразделяться по разным признакам: по комплексу решаемых задач, объектам наблюдений, пространственному уровню, методам реализации и т.д.

Одна из подробных схем общей типизации видов мониторинга была разработана В.Д. Минченко в 1990 г. В основу его типизации принято отношение к изучаемому природному объекту. Им выделено пять основных типов мониторинга: мониторинг окружающей среды, атмосферы, биосферы, подземных и поверхностных вод, литомониторинг. Как видно, в таком подразделении также не выдержаны логические принципы деления.

В 70-80-е годы в зависимости от объекта наблюдений появились и такие термины, как «экосистемный мониторинг» (близкий к понятию «экологический мониторинг»), «мониторинг гидросферы», «почвенный мониторинг», «геомониторинг». Последний используется в географической литературе применительно к географической форме движения материи. В.А. Мироненко в 1993 г. ввел термин «гидрогеологический мониторинг», а также «государственный гидроэкологический мониторинг России», объектом которого являются подземные водные ресурсы России. Согласно И.А. Парабучеву (1992), мониторинг любых техноприродных процессов является составной частью «социально-экологического мониторинга». Термин «геофизический мониторинг» используется для абиотической компоненты окружающей среды, когда надо подчеркнуть отличия биотической и абиотической компонент.

В 80-е годы был введен термин литомониторинг, который в отличие от мониторинга окружающей среды характеризуется более узким понятием, рассматривающим в качестве объекта наблюдения только литосферу. Согласно В.К. Епишину и В.Т. Трофимову, литомониторинг это система, включающая блок контроля (режимные наблюдения_ и блок управления (автоматизированная информационная система и система защитных мероприятий). В этом определении подчеркивается целевая направленность литомониторинга не только на фиксирование параметров, но и на управление.

Одновременно с понятием литомониторинг появилось и понятие мониторинг геологической среды, а также инженерно-геологический мониторинг. Иногда эти понятия не разделяют, считая их тождественными и равнозначными. Однако, строго говоря, эти термины не тождественны друг другу постольку, поскольку не тождественны друг другу понятия литосфера и геологическая среда, составляющие предмет наблюдений в мониторинге, соответственно, в первом и во втором случаях. Обобщая известные на этот счет определения, можно заключить, что мониторингом геологической среды называется система посоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы.

В зависимости от разных признаков деления выделяются несколько видов мониторинга геологической среды. Так, например, в зависимости от широты охвата объектов наблюдений выделяют комплексный мониторинг геологической среды, в рамках которого ведутся наблюдения за всеми элементами геологической среды, и частные виды мониторинга, в рамках которых проводятся наблюдения лишь за отдельными элементами геологической среды. К частным видам относятся: гидрогеологический мониторинг (или мониторинг подземных вод, или гидрогеоэкологический мониторинг); геоморфологический (ландшафтный) мониторинг; геодинамический мониторинг (мониторинг инженерно-геологических процессов); геокриологический мониторинг; почвенный мониторинг.

Гидрогеологический мониторинг (по В.А. Мироненко, 1993), или мониторинг подземных вод, напрвлен на решение задач управления подземными водами, рассматриваемыми как компонент окружающей среды; его объектом являются подземные водные ресурсы, оцениваемые как в количественном, так и в качественном аспекте.

Мониторинг криолитозоны, или геокриологический мониторинг, согласно П.И.Мельникову и др. (1993), - это система изучения, прогноза и контроля геокриологической среды, оценки изменений геокриологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий на Севере под влиянием природных факторов и хозяйственной деятельности человека. Геокриологический мониторинг, в отличие от других частных видов мониторинга, ограничен районами криолитозоны. Как видно из этих определений, в гидрогеологии и геокриологии даются близкие определения частных видов мониторинга, отличающиеся предметом наблюдений, но не содержанием. Частные виды мониторинга являются подсистемами комплексного мониторинга геологической среды, который, естественно, должен осуществляться специалистами разного профиля - инженерами-геологами, гидрогеологами, геокриологами (для районов криолитозоны), почвоведами, геохимиками, геофизиками. [1]

В зависимости от инженерно-хозяйственного освоения того или иного района (территории), в рамках которого осуществляется мониторинг геологической среды, выделяются следующие виды: мониторинг городских территорий (городских агломераций); промышленных территорий; районов горно-добывающих предприятий; районов гидротехнических сооружений; районов сельскохозяйственного и гидромелиоративного освоения; районов АЭС; районов транспортных линейных сооружений и др. Перечисленные виды, отражая специфику техногенной нагрузки на ту или иную территорию, являются как правило, комплексными видами мониторинга геологической среды.

В зависимости от того, какими службами организован мониторинг геологической среды, выделяются два вида: государственный (федеральный) и отраслевой (ведомственный). Первый планируется, заказывается и организуется централизованно государственными (федеральными) правительственными органами управления, - министерствами, государственными комитетами и т.д., второй - организуется по инициативе отдельных ведомств (например, транспортных, нефтедобывающих и т.д.) и отраслей промышленности. В принципе отраслевые системы мониторинга должны быть составными частями государственной (федеральной) системы, а не самостоятельными службами. Однако сложившаяся ситуация в России привела в настоящее время к существованию двух систем.

И, наконец, в зависимости от ранга организации и масштаба исследований мониторинг геологической среды может быть детального, локального, регионального, национального (государственного) и глобального уровня. [1]

мониторинг наблюдение атомный

2. Мониторинг в районах развития атомной промышленности

Развитие атомной энергетики, увеличение мощностей АЭС и строительство многоблочных крупных энергетических комплексов приводят к изъятию под их строительство значительных территорий. В процессе эксплуатации АЭС используются большие объемы водных ресурсов, возникают дополнительные тепловые и радиационные воздействия на окружающую среду, активизируются некоторые опасные геодинамические процессы, что приводит к характерным изменениям в различных звеньях природной системы. В силу этого в районах размещения АЭС формируются специфические природно-техногенные комплексы, отличающиеся определенными тенденциями изменений геологической среды, иногда приводящими к негативным эколого-экономическим последствиям. Затраты на восстановление естественного равновесия в таких комплексах обычно бывают чрезвычайно высоки.

Поэтому организация мониторинга геологической среды районов АЭС - дело первостепенной важности. В задачи мониторинга геологической среды районов АЭС входят:

1) прогноз развития геологической среды и ее элементов;

2) разработка рекомендаций и управляющих решений по оптимизации работы всей ПТС;

3) повышение надежности функционирования ПТС и экологической безопасности АЭС.

Разносторонние многолетние наблюдения за работой АЭС как в Росссии, так и за рубежом показывают, что объектам атомной энергетики присущ специфический комплекс теногенных воздействий на геологическую среду, который обязательно должен приниматься во внимание при организации мониторинга в районах АЭС. Эти воздействия можно объединить в несколько групп: 1) нарушение водного баланса; 2) изменение состояния и свойств пород в основании сооружений АЭС; 3) повышение активности тепломассопереноса; 4) загрязнение окружающей среды радиоактивностью. [2]

Техногенное нарушение водного баланса в зоне влияния АЭС вызвано, как правило, резким снижением испарения под влиянием застройки и асфальтирования, усилением инфильтрации поверхностного стока, утечками из водных коммуникационных систем и водохранилищ, подпором естественных потоков подземных вод и связано прежде всего с большими объемами технологического водопотребления на АЭС. Указанные нарушения естественного водного баланса бывают столь велики, что даже при активной естественной дренированности территории они значительно превышают влияние гидролого-климатических факторов (в том числе периодов с повышенной водностью года). Интенсивное техногенное питание подземных вод способствует быстрому повышению уровней грунтовых вод на расстояниях в 3-5 км и более от АЭС со скоростью 1,2-2,0 м в год. Вследствие этого даже при расположении АЭС на водораздельных пространствах с глубинами до зеркала грунтовых вод около 10-15 м их площадки могут быть отнесены к практически подтопляемым территориям. Эти обстоятельства должны учитываться в первую очередь при организации наблюдательной сети мониторинга геологической среды, а постоянно действующая модель (ПДМ) в системе мониторинга должна быть направлена на моделирование гидрогеологических условий территории.

Активная роль воды при изменении водного баланса территории АЭС проявляется и в изменении состояния, состава и свойств грунтов в основании сооружений АЭС. При их дополнительном водонасыщении возможны процессы снижения прочности, набухания глинистых грунтов, фильтрационных деформаций, просадки лессовых грунтов и т.д. В зависимости от конкретных инженерно-геологических условий территории АЭС, интенсивность и специфика проявления этих изменений в грунтах оснований могут быть различными, что также должно учитываться в системе мониторинга геологической среды. Особое внимание должно предъявляться к слабым и структурно неустойчивым грунтам (глинам, лессам, заторфованным грунтам и т.п.).

Третий важнейший фактор влияния на геологическую среду территорий АЭС - техногенное тепловое воздействие. Оно возникает вследствие конструктивных особенностей различных сооружений АЭС и систем охлаждения атомного реактора. В результате этого с изменением водного и теплового баланса верхней зоны пород происходит повышение активности тепломассопереноса и формируется контур геоэнергетического теплового взаимодействия системы объектов АЭС с геологической средой. Большинство объектов АЭС характеризуется значительным тепловыделением в окружающую среду преимущественно в виде стока в местную гидрографическую сеть (сброс горячих вод). Повышение температуры инфильтрующихся техногенных вод по сравнению с естественными подземными водами создает предпосылки для развития устойчивых процессов тепломассопереноса (тепловлагопереноса, теплопаропереноса, термоосмоса и т.д.), также меняющих состояние и свойства грунтов оснований АЭС. Таким образом, в наблюдательную сеть мониторинга геологической среды территорий АЭС должны обязательно включаться температурные наблюдения и контроль за процессами тепломассопереноса. Эти же факторы должны исследоваться и с помощью ПДМ. [2]

Основную долю в энерговыделении АЭС в окружающую среду составляет сбросное тепло (до 70%). На современных АЭС вода используется в качестве главного теплоотводящего элемента в системе (сети производственно-технического водоснабжения, бассейны-охладители, градирни и др.). В то же время утечки и инфильтрация нагретых техногенных вод (с температурой до 500С) не исключаются и из-за конструктивных, а также строительных недоработок. В результате вокруг АЭС формируется устойчивое техногенное тепловое поле - температурная аномалия, протяженность которой в плане определяется теплофизическими свойствами пород и гидрогеологическими условиями территории. Некоторые данные о влиянии тепловых источников АЭС на нагрев грунтовых вод представлены в табл. 1.

Таблица 1 Нагрев грунтовых вод территории АЭС на различном расстоянии от источника (по Е.А. Яковлеву и др., 1988)

Следует иметь в виду, что активному развитию процессов теплопереноса в районах АЭС способствуют следующие факторы: значительная заглубленность тепловыделяющих элементов энергетического комплекса в массивы горных пород; техногенное усиление инфильтрационного питания грунтовых вод, сопровождающееся подъемом их уровней и ростом скоростей фильтрации; повышенным водопотреблением АЭС по сравнению с другими объектами (в среднем около 2 м3/с против 1,1 м3 /с на ТЭЦ при безвозвратных потерях 1 м3/с на каждые 1000 мВт). [3]

Исследованиями Е.А. Яковлева, Б.В. Графского, Г.В. Лисиченко, Э.В. Соботовича и других было установлено, что наиболее высокие температуры грунтовых вод фиксируются в зоне охладительного бассейна АЭС и промплощадки. В зоне транзитного движения, как правило, ограниченного в разрезах местным водоупором, наблюдается относительная равномерность прогрева грунтовых вод. Кроме того, часто наблюдается близость к плоскорадиальному распределению поля устойчивого повышения температуры грунтовых вод от внешнего контура промплощадки и до зоны естественного движения грунтового потока (область конвективного переноса тепла). Наряду с этим прослеживается тесная связь режима развития теплового поля с геофильтрационными параметрами подстилающих пород, проявляющаяся в сходном характере изменения градиентов уровней и температур.

Четвертый важнейший фактор техногенного влияния АЭС на геологическую среду связан с изменением геохимической обстановки. Как известно, современные атомно-энергетические комплексы представляют собой разветвленную цепь специфических промышленных объектов, среди которых выделяются: предприятия начального и среднего этапов (по добыче и переработке руд, обогащению урана, производству топлива); сами атомные электростанции; предприятия по переработке отработанного топлива; объекты временного хранения и окончательного захоронения радиоактивных отходов. Все эти объекты должны находиться в сфере действия мониторинга геологической среды.

В результате их деятельности образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные и другие отходы, которые частично поступают в окружающую и геологическую среды. Они и вызывают различные изменения радиационной, гидрохимической и геохимической обстановок. В табл. 2 приведены основные загрязнители окружающей среды, получаемые на различных этапах ядерного топливного цикла, на которые в первую очередь должно обращаться внимание при организации мониторинга геологической среды.

Как показывает опыт работы отечественных АЭС, их эксплуатационный режим создает незначительное радиохимическое воздействие на окружающую среду, не превышающее 2% от суммы космического и почвенного облучения. Сбросы радионуклидов в открытые водоемы невелики и составляют менее 37 гБк долгоживущих нуклидов в год на 1000 мВт установленной мощности. Наибольший вклад в эту активность вносят изотопы цезия-134 и 0137, а также некоторые радионуклиды - продукты коррозии.

Однако большую опасность представляют аварийные выбросы радионуклидов в окружающую среду, которые могут многократно перекрыть все фоновые нормы. Они, будучи вовлеченными в геохимический круговорот в биосфере, будут оказывать свое негативное воздействие на все живые организмы в период всего времени жизни (например, для стронция-90 и цезия-137 с периодами полураспада около 30 лет, этого времени хватит на несколько поколений человека). [3]

Таким образом, в случае попадания радиоактивных веществ в объекты геологической среды, мониторинг должен помочь найти оптимальные способы локализации загрязнений и их ликвидации.

Исследование в системе мониторинга распространения радиоактивности во внешней среде в результате выбросов дает возможность накапливать опыт натурного геохимического поведения радионуклидов, который, правда, дается ценой больших экологических, социальных и экономических потерь. В ходе изучения форм нахождения и миграции радионуклидов выяснились многие ранее неизвестные закономерности. В последнее время разработаны эффективные методы борьбы «расползанием» радиоактивных загрязнений, причем в неблагоприятных по природным условиям районах. Однако многие закономерности геохимической миграции радионуклидов еще не выяснены и на исследование этих проблем должны быть направлены все системы мониторинга, существующие на объектах АЭС и атомной промышленности. [3]

Таблица 2 Основные загрязнители окружающей среды предприятий атомно-энергетических комплексов (по Е.А. Яковлеву и др., 1988)

Разрабатывая с системе мониторинга геологической среды наблюдательную сеть, следует иметь в виду, что миграция радионуклидов в зоне гипергенеза осуществляется атмосферным, водным, биологическим и механическим (техногенным_ путем. Сами элементы мигрируют в форме ионов, комплексных соединений, коллоидов, растворенных и свободных газов. На геохимических барьерах некоторые радиоактивные элементы теряют свою подвижность, как например, цезий в глинистых почвах и торфяниках. В зоне гипергенеза наиболее распространенным является карбонатный геохимический барьер, который контролирует концентрацию щелочно-земельных и многих других элементов. Он проявляется как в окислительной, так и в восстановительной обстановках. В системе мониторинга наличие природных геохимических барьеров должно учитываться в первую очередь. [3]

Основное внимание следует уделять также радионуклидам, которые переносятся водой в ионной, молекулярной или комплексной формах. Именно эти формы усваиваются биотой, а значит, создают пути биологической миграции в организм человека - так называемые пищевые цепи. В случае попадания радионуклидов в воду они усваиваются аналогично стабильным элементам. При этом практическое значение имеют в первую очередь только долгоживущие радионуклиды, например, цезий-137, стронций-90, плутоний-239. По степени поступления в растения из почвы радионуклиды можно расположить в следующий ряд:

Sr-89 = Sr-90>I-131>Ba-140>Cs-137>Ru-106>Ce-144>Y-90 = Y-91>Pm-147>Zn-95>Nb-95>Po-210

При этом поступление радионуклидов зависит также от типа почвы, определяющего ее поглотительную способность: наименьший переход радионуклидов отмечается из черноземных высокогумусных почв, наибольший - из торфяно-болотистых почв.

В случае рядовых аварий атомных реакторов (без расплавления активной зоны и выбросов ядерного горючего во внешнюю среду) происходит выделение радионуклидов в атомарном или молекулярном состоянии. Их форма нахождения в природных образованиях, в том числе подземных водах, та же самая, что и продуктов глобальных выпадений после ядерных испытаний в атмосфере.

В случае же выброса ядерного горючего (как, например, на Чернобыльской АЭС) картина оказывается чрезвычайно сложной и труднопрогнозируемой. При этом следует иметь в иду, что ядерное топливо, представляющее собой двуокись урана с «начинкой» продуктов деления и трансурановых элементов, рано или поздно начнет переходить в миграционноспособные формы. Долгоживущие радионуклиды могут включиться в геохимические циклы, а также попадать в пищевые цепи, не говоря уже о загрязнениях атмосферы мелкодисперсными частицами размером от 50 А0 и более. Трансурановые элементы, являясь излучателями альфа-частиц, чрезвычайно токсичны при респираторном поступлении в легкие человека. С пылью они попадают в поверхностные и подземные воды.

Интенсивная пространственно-временная изменчивость поля распределения техногенных радионуклидов обусловливает применение в системе мониторинга трендового анализа в качестве основного метода оценки и прогноза гидрогеохимической (эколого-геологической) обстановки.

Результаты наблюдений за миграцией радионуклидов должны обрабатываться в единой АИС мониторинга геологической среды регионального и национального уровня. В целом же гидрогеохимический мониторинг территорий АЭС должен базироваться на использовании основных методических положений геохимического картирования территорий, включающего принципы обоснования состава исследований, размеров сети опробования основных элементов геологической среды. Среди других факторов, которые однако, могут выйти на первостепенные позиции при оценке техногенного воздействия на геологическую среду территорий АЭС, следует также учитывать активизацию современных геодинамических процессов, а также сейсмичность территории. Оценка этих факторов при организации системы мониторинга геологической среды должна проводиться с учетом всего комплекса инженерно-геологических условий территории. [3]

Список использованной литературы

1. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. Учебник / Под редакцией В.Т. Трофимова. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 272с.

2. Язиков Е.Г., Шатилов А.Ю. Геоэкологический мониторинг. Учебное пособие для вузов. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 236с.

3. Яковлев Е.А. и др. Итоги и задачи изменений геологической среды в районах возведения атомных электростанций / Проблемы рационального использования геологической среды. М.: Наука, 1988. - 396с.

Размещено на Allbest.ru