Мониторинг водных ресурсов

Размещено на http://allbest.ru

Введение

Информация о состоянии окружающей природной среды, об изменениях этого состояния давно используется человеком для планирования своей деятельности. Уже более 100 лет наблюдения за изменением погоды, климатом ведутся регулярно в цивилизованном мире. Это всем нам знакомые метеорологические, фенологические, сейсмологические и некоторые другие виды наблюдений и измерений состояния окружающей среды. Теперь уже никого не надо убеждать, что за состоянием природной среды надо постоянно наблюдать.

Все шире становится круг наблюдений, число измеряемых параметров, все гуще сеть наблюдательных станций. Все большей сложностью обладают проблемы, связанные с мониторингом водных ресурсов.

Вода - одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Вообще вода - инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода - один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Итак, важность воды и гидросферы - водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4500 км3, из которых 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен её основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% обще годового объёма речного стока.

Увеличения расходования воды промышленностью связано не только с быстрым ростом последней, но и с ростом водоёмкости производства, то есть увеличение расхода воды на единицу продукции. Так на производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют около 250 м3воды, а на производство 1 тонны синтетического волокна - 2590 - 5000 м3. Много воды требуется химической промышленности и цветной металлургии: на производство 1 т аммиака затрачивается 1000 м3воды, синтетического каучука - 2000 м3, никеля - 4000 м3. Для сравнения: на выплавку 1 т чугуна тратится 180 - 200 м3воды.

Использование воды для хозяйственных целей - одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что в процессе испарения лишь небольшая часть использованной человеком воды возвращается в атмосферу опреснённой. Другая часть (около 90%) сбрасывается в реки и водоёмы в виде сточных вод, загрязнённых отходами производства.

Большое значение имеет удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в местах его проживания через централизованные (приоритетно) или нецентрализованные системы питьевого водоснабжения. Источниками централизованного водоснабжения являются поверхностные воды, доля которых в общем объёме водозабора составляет 68%, и подземные воды - 32%. В сельской местности преобладает использование в питьевых целях сооружений и устройств систем децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода из колодцев, родников и других источников децентрализованного водоснабжения не защищена от загрязнения и поэтому представляют высокую эпидемиологическую опасность.

Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Урал, Уфа, Тобол, Томь, а также другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных вод и 30% подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязнённости - «условно чистая» и «грязная». Практически 70% населения Российской Федерации употребляет воду, не соответствующую ГОСТу «Вода питьевая». Особенно тяжёлое положение с загрязнением поверхностных водоисточников сложилось в Астраханской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Тюменской, Ярославской областях, Приморском крае. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами.

В брянской области наблюдение и контроль за водной средой осуществляет Отдел водных ресурсов по Брянской области который является структурным подразделением Московско-Окского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов. И соответственно осуществляет функции по оказанию государственных услуг и управлению федеральным имуществом в сфере водных ресурсов в бассейнах рек Днепра и Оки на территории Брянской области возложенные на Московско-Окское БВУ.

Основными функциями Отдела водных ресурсов по Брянской области являются:

- осуществление мер по предотвращению вредного воздействия вод и ликвидации его последствий;

- разработка и реализация в установленном порядке схем комплексного использования и охраны водных ресурсов;

- предоставление заинтересованным лицам сведений из государственного водного реестра;

- ведение государственного водного реестра, Российского регистра гидротехнических сооружений,

организация и осуществление государственного мониторинга водных объектов.

А также предоставляют отчетности:

Ежеквартальные, до 10 числа:

1. Сведения, полученные в результате учета объемов забора (изъятия) водных ресурсов из водного объекта, объемов сброса сточных вод и (или) дренажных вод, их качества [Приказ МПР от 08.07.2009 г. № 205]

Заполняются в форму 3.1. - 3.3 . [ Приложение 1].

2.Контроль качества природных вод в местах выше забора поверхностных вод; выше и ниже места сброса сточных вод заполняется в форму 27.[ Приложение 2].

до 10 апреля и 10 октября:

3.Мониторинг водных объектов на основании визуальных наблюдений Заполняется в формы 55 - 59 [Приложение 3].

Годовые:

до 22 января

4. Федеральное статистическое наблюдение «Сведения об использовании воды» заполняется в годовуюй форму 2-ТП (водхоз) [Приказ Росстата № 230] [Приложение 4]

до 15 марта

6.Сведения, полученные в результате наблюдений за водными объектами (их морфометрическими особенностями) и их водоохранными зонами заполняется в формы 6.1.-6.3. [Приказ МПР от 06.02.2008 г. № 30] [Приложение 5]

1. Определение и концепции мониторинга

Наблюдения за состоянием окружающей природной среды ведутся человеком давно. Они необходимы для определения условий обитания, ведения хозяйства, принятия мер по предотвращению неблагоприятных воздействий на жизнь людей и т. д. В состав данных о качестве среды входит как информация о существующем состоянии, так и прогнозы изменений природных условий .Как видно из истории, уже на ранних этапах развития цивилизации и культуры люди научились измерять важнейшие характеристики окружающей среды. Примером первых измерительных устройств могут служить« Нило меры », применявшиеся для регистрации уровней воды на реке Нил; дождемеры, известные древнегреческим ученым, и даже древнейшие обсерватории (приливы) на территории Евразии и Северной Африки.

Практическим применением наблюдений может служить использование с глубокой древности растений как индикаторов для отыскания пресных вод в аридных областях - метод наблюдения, именуемый теперь биоиндикацией.

Важным рубежом в истории изучения окружающей среды можно считать эпоху Ренессанса, когда появились первые достаточно точные измерительные приборы (термометр Галилея, ртутный барометр Торричелли);это время первых экспериментальных измерений и расчетов осадков, стока и испарения и начало регулярных наблюдений за погодой и климатом, в том числе и в России.

В XIX и особенно в XX в. благодаря ряду важных разработок в области средств связи стала возможной обработка данных в почти реальном масштабе времени и появилась возможность всестороннего исследования окружающей среды и прогнозирования природных явлений.

Мы знаем, что биосфера меняется как под влиянием естественных процессов, так и вследствие антропогенных воздействий. Биосфера , пословам В.И. Вернадского, химически- резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно . Меняется физически и химически воздушная оболочка суши, все ееприродные воды. Естественные изменения среды изучаются гидрометеорологической, сейсмической, ионосферной, гравиметрической, магнитометрической идругими службами. Чтобы выделить эти антропогенные изменения нафонеестественных воздействий, необходимы специальные наблюдения.

Систему наблюдений за изменением состояния окружающей природной среды называют мониторингом.

Мониторинг - это система контроля, оценки и прогноза качества окружающей природной среды, включающая наблюдения за воздействием на неечеловека.

Идея глобального мониторинга появилась в 1971 г. в связи с подготовкой к проведению Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972). Первые предложения по разработке такой системы были выдвинуты Научным комитетом по проблемам окружающей среды. Первая концепция мониторинга, предложенная профессором Р. Мэнном, была обсуждена на первом межправительственном совещании по мониторингу (Найроби, 1974).

В российской науке теоретические аспекты проблемы представлены двумя концепциями.

2. Концепция И.П. Герасимова

Мониторинг состоит из двух блоков.

Первый, исходный блок - биоэкологический мониторинг, в задачу которого входит наблюдение за влиянием среды на состояние здоровья людей.

Второй блок - геоэкологический мониторинг, его содержание - наблюдение за изменением природных экосистем и преобразование их в природно-технические.

3. Концепция Ю.А. Израэля

Мониторинг - информационная система для обнаружения антропогенных изменений окружающей среды на фоне ееестественных колебаний. В задачи такой системы входят, во-первых, слежение за факторами воздействия на среду, еесостоянием и изменениями, во-вторых, прогноз состояния биосферы и, в-третьих, оценка изменений этого состояния и его тенденций. Состояние среды можно оценивать по отдельным аналитическим или интегральным синтетическим показателям, используя в качестве критериев ПДК или экологически допустимые концентрации.

Основные вопросы концепции И. П. Герасимова более подробно рассматриваются в курсе «Геоэкология», поэтому «Мониторинг водных объектов» будет строиться на положениях концепции Ю. А. Израэля.

4.Виды и структура мониторинга

Выделяют глобальный, национальный, региональный, локальный и импактный мониторинги.

Глобальный (биосферный или базовый) мониторинг осуществляется на основе международного сотрудничества и позволяет оценить современное состояние всей природной системы Земли в целом. В настоящее время в рамках проекта ООН создана глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) с центром в Канаде.

Частью этой системы является программа, посвященная водным проблемам, - ГСМОС (Вода).

В программе ГСМОС (Вода) активное участие принимают 4 специализированных учреждения ООН: Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ),

Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО).

Задачами программы ГСМОС (Вода) является следующее:

- мониторинг распространения и трансформации загрязняющих веществ в водной среде;

- оповещение о серьезном нарушении состояния водных объектов;

- напоминание правительствам о необходимости принятия мероприятий по охране, восстановлению и улучшению окружающей среды.

Программа ГСМОС (Вода) включает 7 основных пунктов:

- создание всемирной сети станций мониторинга;

- разработка единой методики отбора и анализа проб воды;

- осуществление контроля за точностью данных;

- использование современных систем хранения и распространения информации;

- организация повышения квалификации для специалистов;

- подготовка методических справочников;

- обеспечение необходимым оборудованием (в отдельных случаях).

Национальный мониторинг осуществляется в пределах государства специально созданными органами.

В 1972 г. на базе станций гидрометеослужбы организована Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК).

ОГСНК состоит из нескольких уровней:

? станций наблюдения (первичных пунктов), осуществляющих наблюдения, определенную обработку и обобщение данных;

? территориальных и региональных центров, осуществляющих обобщения, анализ материалов, составление местных прогнозов и оценку состояния окружающей среды по своей территории;

? Гидрометцентра и других головных центров (НИИ).

Помимо ОГСНК Росгидромета мониторинг осуществляет ряд служб, министерств и ведомств.

Результат деятельности этих организаций - водный кадастр. Государственный водный кадастр представляет собой систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий количественные и качественные показатели, данные регистрации водопользователей и учета использования вод. Основная задача ГВК - обеспечение народного хозяйства необходимыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме, качестве и использовании природных вод, а также водопользователях.

Региональный мониторинг осуществляется за счет станций системы, куда поступает информация в пределах крупных районов, подверженных интенсивному хозяйственному освоению, а следовательно, и антропогенному воздействию.

Для проведения мониторинга вод суши организуется стационарная сеть пунктов наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод, специализированная сеть пунктов для решения научно-исследовательских задач или временная экспедиционная сеть пунктов.

Локальный мониторинг представляет собой наблюдения за водной и воздушной средой различных зон города, промышленных и сельскохозяйственных районов и отдельных предприятий.

Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Структура системы мониторинга включает 4 блока: «Наблюдения», «Оценка фактического состояния», «Прогноз состояния» и «Оценка прогнозируемого состояния».

5. Оценка фактического состояния водной среды

Органолептические показатели воды

Содержание взвешенных частиц. Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования заданного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки. Цветность определяют визуально, сравнивая с растворами, имитирующими цветность природных вод.

Цвет. При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения - 10 см.

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических веществ. Прозрачность характеризуется предельной глубиной, на которой еще виден специально опускаемый белый диск диаметром около 20 см (диск Секки).

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых непосредственно в воде или (для водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после хлорирования.

Водородный показатель (рН). Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Величина рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5 - 8,5.

Сухой остаток. Это остаток, полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенный до постоянной массы при 110 -1200 С. Сухой остаток характеризуется содержанием минеральных и частично органических примесей, образующих с водой истинные и коллоидные растворы.

Жесткость воды. Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая жесткость обусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния.

Растворенный кислород. Концентрация кислорода, растворенного в водоемах санитарного водопользования, в пробе, отработанной до 12 ч дня, должна быть не менее 4 мг кислорода/л в любой период года.

Окисляемость - общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями (например, дихроматом, перманганатом и др.).

Биохимическое потребление кислорода (БПК) - это количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 200 С в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (БПК за 3, 5, 10, 20 суток и т. д.).

Предельно допустимые концентрации (ПДК)

Система наблюдений за состоянием окружающей природной среды тесно связана с оценкой ее состояния, т. е. оценкой качества среды. Качество окружающей среды - степень соответствия природных условий физиологическим возможностям человека. Различают здоровую окружающую природную среду, когда здоровье человека в норме, и нездоровую, при которой возникают его нарушения.

Для оценки качества среды разработаны специальные стандарты. Они подразделяются на производственно-хозяйственные и экологические и устанавливают предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую природную среду.

Нормирование качества окружающей среды - деятельность по установлению норм предельно допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящая изменения в природную среду.

В настоящее время качество питьевой воды, как правило, оценивается путем сравнения ее свойств и величин содержания в воде различных компонентов с их утвержденными значениями и ПДК. Если таких превышений не обнаружено, вода считается годной к употреблению для питьевых целей.

Гигиенические стандарты и нормативы - наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества окружающей среды.

Они устанавливаются в интересах охраны здоровья человека и сохранения генофонда некоторых популяций растительного и животного мира.

Гигиенические нормативы, устанавливаемые в виде предельно допустимых концентраций (ПДК), охватывают производственную и жилищно-бытовую сферы жизни человека. Для питьевой воды ПДК некоторых вредных веществ были утверждены еще в 1939 г. В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов различного назначения приблизилось к 2000.

ПДК - такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

Основой для разработки санитарно-гигиенических и санитарно-эпидемиологических стандартов служат методы медицинской и ветеринарной токсикологии.

Количество вредного вещества, поступившего в организм, отнесенного к массе тела (мг/кг), называется дозой. Количество веществ, отнесенных к единице объема или массы воздуха (мг/м3), воды или почвы (мг/г), называется концентрацией.

В зависимости от степени токсичности ядовитых веществ их подразделяют на классы опасности.

Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах

В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод», все водные объекты подразделяются на два вида водопользования:

I вид - хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое;

II вид - рыбохозяйственное водопользование.

Каждый вид, в свою очередь, разделен на категории.

Хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое водопользование. I категория - водные объекты, используемые в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. II категория - водные объекты, используемые для купания, занятия спортом и отдыха населения.

Рыбохозяйственное водопользование. I категория - водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода. II катего-рия - водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

При сбросе сточных вод в водные объекты нормы качества воды водного объекта в расчетном створе, расположенном ниже выпуска сточных вод, должны соответствовать санитарным требованиям в зависимости от вида водопользования.

Нормы качества воды водных объектов включают:

общие требования к составу и свойствам воды, водных объектов в зависимости от вида водопользования;

перечень ПДК нормированных веществ в воде водных объектов для различных видов водопользования.

Все водопользователи и водопотребители обязаны соблюдать условия, которые обеспечивают качество воды, соответствующее установленным для данного водного объекта нормативам. Существуют и некоторые общие требования к составу и свойствам воды (примеси, взвешенные вещества, окраска, запахи, привкусы, рН, Т, минерализация, токсичность, количество растворенного кислорода и т. д.).

ПДК природных вод - концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.

Характер воздействия одних и тех же загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным.

Многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, в основном биохимическое окисление органики, что приводит к ухудшению общего санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению сероводорода, метана и т. д.). В этом случае ПДК устанавливают по общесанитарному признаку вредности.

Промышленные стоки и содержащиеся в них вредные вещества могут изменить органолептические свойства воды (мутность, запах, привкус, Т), что приводит к отказу от ее использования. В этом случае устанавливают предельные концентрации, не воспринимаемые органами чувств человека, т. е. по органолептическому признаку вредности. Часто они бывают более жесткими, чем установленные по другим признакам вредности.

Присутствие в воде нефти в концентрациях, незначительно превышающих ПДК для хозяйственно-питьевого водоснабжения, вызывает появление специфического запаха. При концентрации нефти 0,1 - 0,2 мг/дм3 выловленная рыба имеет неустранимый даже после приготовления нефтяной привкус.

Вредные вещества могут оказывать токсическое действие при непосредственном контакте или попадании в организм. Для этих веществ устанавливают ПДК по токсикологическому признаку вредности.

Для одного и того же вещества могут быть установлены разные предельные концентрации по признакам вредности.

Например, ионы Cu оказывают токсическое действие при концентрации 10 мг/л, нарушают процессы самоочищения при концентрации 5 мг/л, а придают привкус воде при 1,0 мг/л.

При нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности - ЛПВ.

ЛПВ - признак вредного действия вещества, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией.

ЛПВ создает некоторый запас надежности по двум другим признакам вредности. В примере это концентрация, равная 1,0 мг/л, выбранная по органолептическому признаку. В перечне ПДК всегда указывается ЛПВ и класс опасности вещества.

Кроме того, одно и то же вещество для водоемов, используемых для нужд населения, может нормироваться по одному ЛПВ, а для рыбохозяйственных - по другому.

Например, ионы Cu для хозяйственно-питьевого водопользования нормируются по органолептическому ЛПВ (1,0 мг/л), а для рыбохозяйственных водоемов - по токсикологическому (10 мг/л).

Если водоем используется для нескольких видов водопользования, то в качестве ПДК выбирается самая низкая (самая жесткая) ПДК вещества.

ПДК, принятые для водных загрязнителей, не могут служить надежными критериями при объективной оценке качества воды. Различия между ПДК разных стран весьма значительны.

В России рыбохозяйственная и санитарно-бытовая ПДК мышьяка составляет 0,05 мг/л, а европейский стандарт - 0,2 мг/л.

Реакции организма на изменения концентрации тех или иных загрязнителей зависят от многих причин и недостаточно изучены. Многие ПДК не установлены (кадмий для питьевой воды). Рыба более чувствительна к загрязнителям, и различные ее виды в этом отношении сильно различаются между собой, но это никак не учитывается в усредненных рыбохозяйственных ПДК.

Цель санитарных и токсикологических норм и регламентов - охрана здоровья населения и отдельных популяций живых организмов. Задача экологического нормирования - обеспечение благополучия экосистем в целом, в том числе и здоровья человека, т. е. сохранение установившегося в природе равновесия.

ЭДК - экологически допустимые концентрации вредных веществ в окружающей среде, поступающие от различных антропогенных источников и не нарушающие гомеостатические механизмы (способность поддерживать устойчивое равновесие в изменяющихся условиях среды) саморегуляции экосистем.

Основные принципы разработки экологических нормативов:

-любое изменение природной среды следует рассматривать как недопустимое - «нулевая» стратегия;

-нормативы должны устанавливаться в соответствии с технологическими возможностями снижения уровня загрязнения и контроля за их содержанием в окружающей среде;

-допустимый уровень загрязнения следует устанавливать таким, чтобы затраты на его достижение были не больше стоимости ущерба при неконтролируемом загрязнении.

Стандарты должны устанавливаться такие, при которых не будет никаких прямых или вредных косвенных воздействий на людей. При этом любое измеримое повышение концентрации или другого воздействия рассматривается как потенциально вредное.

6. Методы мониторинга водных объектов

Наземные наблюдения

Мониторинг должен включать наблюдения за источниками и характером воздействия; состоянием окружающей природной среды экосистем и биосферы в целом. Подразумевается также получение данных о фоновом состоянии наблюдаемых объектов.

Для определения динамики изменений состояния среды измерения должны проводиться через определенные интервалы времени, а по важнейшим показателям - непрерывно. Для выделения антропогенных воздействий необходимо знать первоначальное состояние экосистем. Для этого необходима информация о фоновом состоянии водной среды (наблюдения на местах, удаленных от источников воздействия), как в целом, так и каждого региона и района. Наземные наблюдения по глобальному мониторингу за водными объектами проводятся в биосферных заповедниках. Сеть станций должна охватывать каждый из биномов на Земле. Общее количество станций оценено в 20 - 40 единиц. Наблюдения на станциях глобального фонового мониторинга носят комплексный характер. Диагностируется атмосфера (на высоте 2 м от подстилающей поверхности); атмосферные выпадения и снежный покров; водные объекты; почва и биологические объекты. Все работы проводятся по единой программе.

Мониторинг водных объектов включает наблюдения за поверхностными и подземными водами, донными отложениями и взвесями. Отслеживаются свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, бензапирен, ДДТ, хлорорганические соединения и биогенные элементы. Вода и взвеси наблюдаются в характерные гидрологические периоды (половодье, межень, паводки), а донные отложения - один раз в год.

При проведении работ широко используются методы химического и физико-химического анализа, позволяющие определить количественный и качественный состав загрязняющих веществ в природной среде.

Стандартными методами контроля за состоянием загрязнения вод на более низких уровнях являются также определение химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК).

Химическое потребление кислорода - величина, характеризующая общее содержание в загрязненной воде органических и неорганических восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. ХПК обычно выражают в единицах количества кислорода, расходуемого на окисление.

Биохимическое потребление кислорода - количество кислорода на единицу объема воды (1 л), необходимое на окисление всех органических веществ в аэробных условиях за определенное время (несколько суток). При анализе состава сточных вод чаще всего применяют «многокомпонентные» методы, позволяющие определять широкий спектр химических веществ. К ним относятся атомно-эмиссионный, рентгеновский и хроматографический методы.

Отдельным видом наземных наблюдений можно считать «наземную или полевую проверку», т. е. наблюдения поверхности Земли на специально выбранных тестовых участках в связи с дистанционными исследованиями.

Подобные наблюдения проводятся для проверки точности и калибровки приборов, используемых в дистанционных методах зондирования, и для проверки правильности интерпретации информации, полученной на основе показаний этих приборов.

7. Биоиндикационные методы

Видовой состав и численность обитателей водоема зависят от свойств воды. Главная идея биомониторинга состоит в том, что гидробионты отражают сложившиеся в водоеме условия среды. Те виды, для которых эти условия неблагоприятны, выпадают, заменяясь новыми видами с иными потребностями.

Биоиндикация - метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем, обнаружения и определения антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ. Это исследование группы особей одного вида или биотических сообществ, по наличию, состоянию, и поведению которых судят об изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей.

Простейшим диагностическим признаком служит общий физиономический облик, обусловленный преобладанием тех или иных жизненныхформ организмов. Характерным индикатором является видовой состав.

Возможны следующие уровни биоиндикации:

- биохимические и физиологические реакции (изменение различных процессов и накопление определенныхтоксикантов в органах);

- аналитические, морфологические, биоритмические и поведенческие реакции;

- флористические и фаунистические изменения;

- популяционные, биогеоценотические и экосистемные изменения.

Биоиндикаторами могут служить как отдельные процессы в клетке или организме (уменьшение содержания хлорофилла, накопление серы в листьях), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, снижение линейного и радиального прироста).

Существуют два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. В первом случае исследуют видимые или незаметные повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками неблагоприятного воздействия , во втором используют ответную реакцию наиболее чувствительных к данному фактору организмов (биотестирование). Это может быть как один фактор (СО2) , так и многокомпонентная смесь (выхлопные газы).

В порядке возрастания толерантности к загрязнениям растительные организмы можно расположить так: грибы, лишайники, хвойные, травянистые растения, листопадные деревья.

8.Физико-химические методы

Для проведения физико-химического анализа воды необходимо правильно провести отбор проб . В зависимости от цели исследования проба воды для анализа может быть получена несколькими способами:

- путем однократного отбора всего количества воды, нужного для анализа;

- смещение проб, отработанных через определенные промежутки времени в одном месте исследуемого водоема;

- смещение проб, отработанных одновременно в разных местах исследуемого водоема.

Отбор проб воды на проточных водоемах производится на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта), а на непроточных водоемах и водохранилищах - на 1км в обе стороны от пункта водопользования.

Обычно пробы в створе отбираются в трех точках (у обоих берегов и в фарватере); при ограниченных технических возможностях или на небольших водоемах допускается отбор проб в одной - двух точках (в местах наиболее сильного течения). Чаще всего пробы отбираются в 5 - 10 м от берега на глубине 50 см. Объектом особого внимания должны стать загрязненные струи.

Если на реке имеется сброс сточных вод от промышленных предприятий , стоки животноводческих ферм и т. д., то отбор проб воды проводят ниже сброса на 500 м, что позволяет контролировать степень загрязнения воды в реке сточными водами (для сравнения следует взять пробу на 500 м выше сброса сточных вод).__ Если предполагается, что в результате сброса сточных вод в придонных слоях накапливаются оседающие вредные вещества, которые могут стать источником вторичного загрязнения воды, отбирают природные пробы на расстоянии 30 - 50 см от дна.

В водохранилищах, озерах, прудах, где течение воды резко замедленно, качество воды может быть неоднородным на различных участках (здесь возможно возникновение вторичных источников загрязнения), по-этому в этих водоемах обычно берут серию проб по глубине.

Сразу же после взятия пробы необходимо сделать запись об условиях сбора, направлении ветра, указать дату и час отбора воды.

9. Дистанционное зондирование

Под дистанционным наблюдением понимают бесконтактную регистрацию электромагнитного поля и интерпретацию полученных изображений. Преимущества дистанционных методов наблюдения заключаются в многомасштабности и многовременности .

Периодичность дистанционных наблюдений за основными природными и антропогенными процессами.

Система ДМЗ состоит из следующих элементов:

- банка данных исходной информации;

- регулярно восполняемого банка аэрокосмических материалов;

- системы оперативного дешифрирования материалов съемок

Дистанционные методы наблюдения включают:

- составление тематических карт, отражающих распределение и со- стояние природных и антропогенных объектов на начало работ по мониторингу;

- осуществление регулярного картографического слежения за происходящими изменениями природных и антропогенных объектов на основании регулярно повторяемых аэрокосмических съемок.

Все дистанционные методы наблюдений за окружающей средой можно подразделить на активные и пассивные. В основе обоих методов лежит взаимодействие электромагнитных волн оптического диапазона частот с материальными объектами и распространение этих волн в вакууме, атмосфере и в водной среде.

Особенностью пассивных методов является наличие в аппаратуре лишь приемника оптического излучения. Источником излучения, несущего информацию об объекте, служит в конечном счете Солнце.

В активных методах аппаратура включает не только приемник, но и источник зондирующего излучения (сигнала), посылаемого с летательного аппарата на Землю.

На современном этапе развития техники дистанционного зондирования из космоса используются в основном пассивные методы, требующие малогабаритной аппаратуры с умеренным потреблением энергии. Использование передатчика в активных методах приводит к увеличению размеров аппарата, его массы и требуемой энергии. Однако информативность активных методов значительно выше.

Носителями аппаратуры могут быть различные наземные установки (вышки), аэростаты, средневысотные и высотные беспилотные и пилотируемые самолеты, высотные научно-исследовательские ракеты, пилотируемые космические летательные аппараты и орбитальные станции, искусственные спутники Земли.

10. Пассивные методы

Простейшим оптическим методом исследования Земли из космоса является визуальное наблюдение. К приборам, работающим в видимом диапазоне электромагнитного спектра, относятся различного типа фотографические камеры (покадровые, панорамные и щелевые) и телевизионные камеры со специальной передающей электронно-лучевой трубкой. Кроме того, для получения изображения в нескольких диапазонах длин волн применяется многозональное фотографирование. Преимуществом этой аппаратуры являются ее надежность, хорошая разрешающая способность на местности, большая информативность. Недостатки - зависимость от облачности и солнечного освещения.

К приборам, работающим за пределами видимого диапазона электромагнитного спектра, относятся инфракрасные и микроволновые радиометры, измеряющие величину потока излучения, образующегося отраженной и рассеянной солнечной радиацией и собственным излучением земной поверхности и атмосферы в различных диапазонах длин волн. Инфракрасные радиометры по своим преимуществам и недостаткам сходны с системами, работающим в видимом диапазоне спектра. Микроволновые радиометры имеют невысокую разрешающую способность, но их работа не зависит от погодных условий.

11.Активные методы

К активным средствам зондирования, посылающим сигналы и регистрирующим их отражение от земной поверхности, относятся микроволновые радары и лидары (лазерные радары). Основными преимуществами этих систем являются независимость от погодных условий и освещения, зондирование поверхностных слоев, в том числе вглубь. Недостатки - невысокая разрешающая способность, мелкий масштаб изображения.

Заключение

мониторинг экологический водный

Система единого экологического мониторинга предусматривает разработку двухуровневых математических моделей промышленных предприятий с различной глубиной проработки. Первый уровень обеспечивает детальное моделирование технологических процессов с учетом влияния отдельных параметров на окружающую среду. Второй уровень математического моделирования обеспечивает эквивалентное моделирование на основе общих показателей работы промышленных объектов и степени их воздействия на окружающую среду. Эквивалентные модели необходимо иметь прежде всего на уровне администрации региона с целью оперативного прогнозирования экологической обстановки, а также определения размера затрат на уменьшение количества вредных выбросов в окружающей среде.

Моделирование текущей ситуации позволяет с достаточной точностью выявить очаги загрязнения и выработать адекватное управляющее воздействие на технологическом и экономическом уровнях.

При практической реализации концепции единого экологического мониторинга не следует забывать: о показателях точности оценки ситуации; об информативности сетей (систем) измерений; о необходимости разделения (фильтрации) на отдельные составляющие (фоновые и от различных источников) загрязнения с количественной оценкой; о возможности учета объективных и субъективных показателей. Данные задачи решает система восстановления и прогноза полей экологических и метеорологических факторов.

Таким образом, единая государственная система экологического мониторинга, несмотря на известные трудности, обеспечивает формирование массива данных для составления экологических карт, разработки ГИС, моделирования и прогноза экологических ситуаций в различных регионах

Список литературы

1.Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология Общий курс: В 2 т. Т.1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб. Пособие для втузов/ Под ред. И.И. Мазура. -- М.: Высш. шк., 1996.

2.Экология, охрана природы и экологическая безопасность. Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовки государственных служащих. Под общей редакцией проф. В.И. Данилова-Данильяна. -- М.: Изд-во МНЭПУ, 1997.

3.Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России / Под ред. В.Ф. Протасова. -- М.: Финансы и статистика, 1995.

4.Моисеев Н.Н. Экология и образование. М., 1996. С. 24.

5. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие: В 2 ч. / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин, В.В. Меньшиков и др. М., 2001.

Размещено на Allbest.ru

...