Структура государственного экологического мониторинга

В 1993 году было принято решение о создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая должна объединить возможности и усилия многочисленных служб для решения задач комплексного наблюдения, оценки и прогноза состояния среды в Российской Федерации. Цель мониторинга – автоматизированный контроль окружающей природной среды в пространстве и времени в соответствии с заданной программой.

Главная задача — обеспечение органов государственного управления и природопользователей информацией об экологической обстановке в различных регионах страны, информационная поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. Виды мониторинга: биоэкологический, геоэкологический, биосферный, геофизический, климатический, биологический.

В соответствии с нормативными правовыми документами общее руководство созданием и функционированием ЕГСЭМ и координация деятельности государственных органов исполнительной власти в области мониторинга окружающей природной среды возложены на Министерство природных ресурсов РФ.

Как центр единой научно-технической политики в области экологического мониторинга, ЕГСЭМ должна выполнять следующие функции (рис. 2):

Рис. 2. Структура функций ЕГСЭМ

№ 13. Методы экологического мониторинга

Дистанционные методы

Дистанционный мониторинг осуществляется на относительно больших расстояниях от объекта наблюдения с помощью специальной аппаратуры, которая может быть установлена на искусственных спутниках земли, самолётах, вертолётах, автомобилях, судах и других носителях.

Физической основой дистанционного метода служит естественное (Солнца, Земли) или искусственное (созданное человеком) электромагнитное излучение. Выделяют диапазоны рентгеновских излучений, ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных и радиоволн. Электромагнитные волны, излучаемые самим объектом или отражаясь от его поверхности, несут различную информацию о нем, которая фиксируется на материалах съемки. Материалы съемок могут быть представлены фотографическими, телевизионными, сканерными, радиолокационными и другими изображениями.

Методы наземного слежения

В системе наземного слежения, кроме дистанционного зондирования, мониторинг осуществляется путем стационарных, полустационарных и маршрутных наблюдений. По методам получения информации широко используются геохимический, геофизический, индикационный методы [7, 11].

При геофизическомметоде наблюдения проводятся в стационарных и полустационарных условиях с применением точных измерительных приборов по специальной программе и методике.

Программа включает инструментальное определение элементов радиационного, теплового и водного балансов, исследование тепло- и влагообмена между компонентами природной среды, водно-теплового режима и его влияния на продуктивность экосистем. Анализ данных, сравнение структуры балансов ненарушенной и нарушенной (трансформированной) территорий позволяет оценить возможные негативные последствия хозяйственной деятельности человека.

Таким образом, сущность геофизического метода состоит в изучении протекающих в экосистемах процессов на основе использования балансового подхода.

При геохимическом методе в стационарных и полустационарных условиях изучается поступление элементов естественным путем и в результате хозяйственной деятельности человека. Выявляется интенсивность их миграции в водной и в воздушной среде. Сопоставляется состав растворенных веществ в экосистемах различной степени антропогенной трансформации.

В данном случае рассматривается круговорот элементов в биологической среде и изменения этого круговорота под влиянием техногенеза.

При анализе рассматриваются все основные компоненты среды: воздух, атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды, горные породы, почвы, растения и др.

Геохимический метод дает возможность определить закономерности изменения химического состава природных компонентов, природных комплексов и экосистем. А также определить их устойчивость к различным веществам (или загрязнителям) и способность к самочищению, выявить скорости распространения и пространственные масштабы загрязнения.

Индикационный метод заключается в определении состояния одного объекта по состоянию другого, связанного с первым и более доступного для изучения. Ведущую роль играет в данном случае, биоиндикация, то есть выявление изменений природной среды с помощью живых организмов или сообществ, а главным индикатором выступает растительный покров. Растительный покров позволяет выявить изменения по четырем характеристикам: физиологическому, морфологическому, фитоценотическому и флористическому. Первые два дают информацию преимущественно об одномоментных состояниях среды, последние два - о многолетних интервалах антропогенного воздействия.

Одними из наиболее разработанных методов биоиндикации является (дендроиндикация) выявление изменений природной среды с помощью изучения хода прироста деревьев (особенно хвойных). Это один из немногих методов, позволяющих получить непрерывную информацию о развитии процессов за многолетний период. Ее анализ дает возможность установить сроки возникновения изменений природы и скорости их формирования во времени и пространстве. По величине колебания прироста можно судить о глубине трансформации природных систем, определить границы распространения и тенденцию развития изучаемого процесса.

Другой метод биоиндикации - лихеноиндикация, то есть выявление изменений природной среды с помощью изучения эпифитных лишайников. Интенсивность загрязнения среды определяется с помощью шкалы, составленной по степени чувствительности лихенофлоры к загрязнению.

Основной недостаток биоиндикации - это необходимость учета действия многих факторов, что в ряде случаев затрудняет его применение. Поэтому в настоящее время формируется новое направление мониторинговых наблюдений - это ландшафтная индикация, то есть выявление состояния природной среды (прежде всего загрязнения) по изменению составных частей и структуры ландшафта. В качестве главного индикатора выступает нарушение горизонтальной и вертикальной структур природных комплексов (например, выпадение отдельного элемента). С позиции ландшафтного подхода необходимо сопряженное изучение нескольких индикаторов, а также выявление структуры геосистем.

Формирование новой структуры часто свидетельствует о сильном антропогенном изменении природной среды. Например, в зоне воздействия крупных ТЭС могут быть выделены зоны сплошных нарушений растительности и локально-очаговых нарушений геосистем. В данном случае, информативность индикационного метода возрастает при использования био- и геоинформационного подхода.

Моделирование как метод получения мониторинговой информации

Пока антропогенное влияние на природную среду носило в основном локальный характер его оценка и прогноз могли быть получены с использованием методов импактного мониторинга. Однако по мере распространения антропогенного влияния на региональный и глобальный уровень, локальных (фрагментарных) наблюдений оказалось недостаточно, поскольку выявить эффект техногенеза более крупного масштаба по этим данным не представляется возможным. В то же время экспериментировать с биосферой, меняя тем или иным образом условия ее функционирования, на региональном и тем более на глобальном уровне человек не может, так как это слишком большой риск. В этой ситуации наиболее перспективным путем решения проблемы прогнозирования и поиска путей преодоления опасных тенденций развития биосферы является математическое моделирование процессов, протекающих в биосфере.

Существует множество математических моделей для описания процессов протекающих в биосфере. В экологии наиболее часто используются следующие группы моделей: дескриптивные, оптимизационные, имитационные.

Дескриптивные модели предназначены для описания различных процессов. Например, такие модели позволяют определить численность популяции животных через определенное время, или дают возможность предсказать, как при том или ином мероприятии будет меняться ход эпидемии, то есть, как будет меняться число заболевших и т.д.

В случае, когда необходимо принятие решений по управлению процессом, дескриптивных моделей оказывается недостаточно. Тогда используются оптимизационные модели, поскольку они позволяют не только описывать происходящие процессы, а также управлять процессом. Часто оптимизационное моделирование применяется при разработке эколого-экономических моделей, поскольку они позволяют выбрать оптимальную политику хозяйствования. Например, размещение предприятий при отраслевом или территориальном планировании с учетом их сырьевых возможностей, укрупнении предприятий, управлении запасами, рациональном природопользовании и др.

Имитационные модели предназначаются для «проигрывания» возможных вариантов поведения (смены состояний) природных систем под влиянием изменения внешних факторов. Они позволяют логически увязать эмпирические знания о различных процессах, протекающих в природных системах, и на основе эксперимента получить непротиворечивые количественные данные об их изменениях во времени и пространстве. Имитационные модели используются: а) как средство изучения систем, выявления и анализа закономерностей их функционирования; б) для получения количественной оценки происшедших изменений природных объектов; в) как средство прогнозирования поведения систем под влиянием предполагаемых внешних факторов.

№ 14. Картографический мониторинг

Человек издавна применяет картографические изображения для решения своих народно-хозяйственных задач. С научной точки зрения картографический метод исследования предусматривает следующие виды анализа:

- визуальный анализ - в процессе которого исследователь получает общее представление об объектах или явлениях, закономерностях их размещения, о пространственных взаимосвязях с другими объектами или явлениями, об их особенностях и динамике;

- картометрический анализ заключается в измерении и исчислении по картам количественных характеристик явлений (длина, ширина, площадь, расстояния, объем, координаты, положение в рельефе и т.д.);

- графический анализ заключается в исследовании явлений при помощи графических построений, выполненных по картам. Такими построениями могут быть профили, разрезы, блок-диаграммы, розы направлений и др.;

- при математико-статистическом анализе рассматриваются однородные множества случайных величин, изменяющихся в пространстве. Их значения определяются по картам и составляют статистические совокупности. Они могут быть представлены различными параметрами окружающей среды. Например, температурой, концентрацией газов, площадью распространения и др. По ним в процессе обработки вычисляются средняя арифметическая, мода, медиана, коэффициент корреляции и др.;

- математическое моделирование по данным взятым с карт предусматривает создание пространственных моделей явлений или процессов с помощью различных компьютерных программ и составление геоизображений в электронном виде. Известно, что большинство явлений и процессов в природе связаны между собой функциональными зависимостями и могут рассматриваться как функции пространства и времени, что позволяет при моделировании «проигрывать» различные экологические ситуации и составлять прогнозы.

В настоящее время картографический метод исследования широко применяется в системе мониторинга и занимает важное место, поскольку эффективность использования данных, полученных в результате наблюдений, существенно возрастает, если они представлены в виде карт. С помощью карт можно осуществлять контроль, оценивать и прогнозировать состояние природной среды.

Реализация картографического мониторинга состоит из следующих этапов:

а) создание фонда картографической информации, содержащего различные карты, составленные на основе имеющихся к началу организации наблюдений материалов;

б) сбор, обработка и систематизация данных аэрокосмических и наземных наблюдений с целью их картографирования;

в) перевод обработанных данных в картографическую форму, то есть построение динамических карт наблюдаемых явлений, условий их распространения и происходящих при этом изменений;

г) анализ построенных карт с целью выявления закономерностей распространения наблюдаемых явлений, оценки и прогноза состояния природной среды.

Особую ценность представляют оперативные карты опасных явлений, составленные в крупном масштабе (1: 100 000 – 1: 1000 000). Они создаются по отпечаткам аэрокосмических снимков и отражают внешние условия, а также закономерности распространения и развития наблюдаемых процессов. Так, картографическое обеспечение мониторинга лесных пожаров предусматривает создание карт, на которых указываются очаги скрытых и явных пожаров, отмечается направление и скорость ветра, районы развития гроз, участки формирования торфяно-болотных ландшафтов, показатели влажности надпочвенного и почвенного покровов и т.п. Другими словами, на этих картах показывают факторы пожарной опасности, выявляют пожароопасные территории, определяют возможные ареалы и вероятную интенсивность возгорания лесных насаждений.

Оперативные мониторинговые карты являются основой для оповещения заинтересованных организаций, для планирования и проведения природоохранных мероприятий. Эти карты вместе с результатами анализа должны не только вовремя направляться потребителям, но и одновременно пополнять (на основе обратной связи) фонд базовой картографической информации.

В ряде конкретных случаев картографический мониторинг может принимать более простые формы. Например, для выявления источников загрязнения атмосферы городов достаточно иметь геохимические карты, составленные по результатам изучения снегового покрова. Сравнение подобных карт с данными почвенно-геохимических исследований позволяет определить происхождение геохимических аномалий и на этой основе выявить наиболее опасные источники загрязнения.

№ 15. Аэрокосмический мониторинг

Аэрокосмический мониторинг относится к дистанционному мониторингу. Физической основой дистанционного метода служит естественное (Солнца, Земли) или искусственное (созданное человеком) электромагнитное излучение. Выделяют диапазоны рентгеновских излучений, ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных и радиоволн (рис.1). Электромагнитные волны, излучаемые самим объектом или отражаясь от его поверхности, несут различную информацию о нем, которая фиксируется на материалах съемки. Материалы съемок могут быть представлены фотографическими, телевизионными, сканерными, радиолокационными и другими изображениями.

Рис. 1. Диапазоны длин электромагнитных волн (мкм).

Фотографические изображения - это уменьшенные, наглядные образные копии объектов и явлений, получаемые посредством регистрации их собственного или отраженного излучения на светочувствительных материалах. Их получают разными способами. При аэрофотосъемке - с помощью специальных аэрофотоаппаратов, установленных на самолетах, вертолетах, воздушных шарах. Из космоса съемки ведут с применением более сложных фотографических систем, оснащенных, как правило, несколькими объективами, дающими изображения одновременно в разных зонах спектра электромагнитного излучения. При подводных съемках дна океанов и морей фотокамеры опускают на глубину в особых водонепроницаемых боксах или буксируют по грунту на специальных “санях”.

Фотоснимки могут быть сделаны в видимой, ближней инфракрасной, инфракрасной и ультрафиолетовых зонах электромагнитных волн. При этом они могут быть черно-белыми, цветными, черно-белыми спектрозональными, цветными спектрозональными, то есть выполненными в нескольких зонах спектра и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными (выполненными в условных цветах).

Телевизионные изображения - телеснимки, телефильмы, телепанорамы и др. - это наглядные образные копии реальных объектов и явлений, получаемые путем регистрации изображения на светочувствительных экранах передающих телевизионных камер. В интервалах между экспозициями изображение считывается электронным лучом, преобразуется в видиосигнал и по радиоканалам передается на приемную аппаратуру. Здесь видиосигнал вновь преобразуется в изображением, хотя возможен и другой вариант - запись поступающего сигнала на магнитную ленту видеомагнитофона или на другой носитель информации.

Телевизионная съемка обычно ведется с борта самолета или спутника, причем захватывается довольно значительная полоса местности - от 1 до 2000 км в ширину в зависимости от высоты полета и фокусного расстояния объектива. Изображения, передаваемые с метеорологических спутников, отражают крупные атмосферные образования и основные структуры Земли. Они содержат мало подробностей и по своему разрешению сильно уступают фотоснимкам. Геометрические искажения телевизионных снимков довольно значительны, они зависят прежде всего от наклона оси съемочной камеры относительно земной поверхности.

Телевизионную съемку можно вести в нескольких зонах видимого и ближнего инфракрасного диапазонов с помощью съемочных камер, снабженных несколькими (обычно тремя) видиокамерами. По сравнению с фотографической съемкой телевизионная более оперативна и поэтому удобна для непрерывного слежения за объектами и процессами.

Сканерные изображения - снимки, полосы, “сцены” - уменьшенные наглядные образные копии реальных объектов, получаемые путем поэлементной и построчной регистрации их собственного или отраженного излучения. Само слово “сканирование” означает управляемое перемещение луча или пучка (светового, лазерного и др.) с целью последовательного обзора какого-либо участка.

В ходе сканерной съемки с самолета или спутника сканирующее устройство (плоское качающееся зеркало или зеркальная призма) последовательно, полоса за полосой просматривает местность поперек направления движения носителя. При этом отраженный сигнал поступает на точечный фотоприемник, и в результате получаются снимки с полосчатой или строчной структурой, причем каждая строка состоит из маленьких элементов - пикселов. Каждый такой пиксел отражает суммарную осредненную яркость небольшого участка местности (несколько десятков или сотен квадратных метров), и детали в нем неразличимы.

Съемка ведется постоянно в процессе полета, и поэтому местность сканируется в виде широкой непрерывной ленты или полосы. Отдельные участки этой полосы называют “сценами”.

К сканерным близки локационные изображения - радиолокационные, выполняемые со спутников и самолетов, и гидролокационные, которые получают при подводной съемке дна озер, морей и океанов. Радиолокационная съемка ведется в активном режиме, (то есть с помощью искусственного излучения) обычно с помощью локаторов бокового обзора, устанавливаемых на движущемся носителе по правому и левому бортам.

Съемка в радиодиапазоне обладает немалыми преимуществами: облачность, туман, ночная темнота для нее не помехи. Эта съемка ведется при любой погоде и в любое время суток, причем благодаря боковому обзору на снимках прекрасно проявляется рельеф территории, отчетливо видны детали его расчленения. При съемке океанов хорошо читаются неровности и волнение водной поверхности. Радиолокация дала возможность проникнуть сквозь мощный облачный слой Венеры и впервые подробно рассмотреть рельеф этой планеты.

В дистанционном мониторинге первая задача получение высококачественных материалов съемки, вторая - это дешифрирование снимков. Дешифрирование это процесс обнаружения, распознавания, интерпретации изображений, интересующих объектов и явлений, т.е. это извлечение необходимой информации из материалов съемки.

Каждый объект или явление имеет свои дешифровочные признаки, зная которые дешифровщик может получить интересующую информацию. Дешифровочными признаками могут быть форма, размер, цвет, структура, тень, которые являются признаками объекта и несут информацию о самом объекте. Такие признаки называются прямыми. Многие объекты или явления не находят прямого отображения на снимках. Дешифрирование таких объектов и явлений проводится косвенно, то есть через прямые признаки других объектов, которые указывают на наличие или свойства первых, а вторые в этом случае будут называться индикаторами. Например, облачность может указывать на наличие течения в океане, а также холодное или теплое оно. Часто растительность служит индикатором при дешифрировании почвенного покрова, его химического состава, увлажненности. Также в качестве индикатора растительность используют при изучении геолого-геоморфологического строения земли, экологической оценке территорий и др.

Аэрокосмический мониторинг позволяет: выявлять очаги и характер нарушений объектов природной среды; устанавливать и картографировать степень, скорость и пространственные масштабы нарушения (в том числе загрязнения) природной среды; оперативно оценивать состояние ее компонентов и составлять прогноз возможных последствий хозяйственной деятельности.

Для получения информации о изменениях в состоянии природной среды необходимо сопоставление аэрокосмических изображений одной и той же территории через определенные промежутки времени. Оно производится как визуально, так и инструментально. Автоматическое сопоставление выполняется методом анализа различий с последующей их интерпретацией или методом машинной классификации с последующим сравнением полученных результатов.

В настоящее время в аэрокосмическом мониторинге осуществляют шесть основных видов съемок: фотографическая; телевизионная; спектрометрическая индикация; инфракрасная индикация; микроволновая и радарная индикация.

При дешифрировании на снимках хорошо отражаются многие виды антропогенного воздействия - это карьеры, горные выработки, распаханность земель, нарушение лесной растительности, искусственные водоемы, гидротехнические сооружения и др. это позволяет широко использовать снимки в экологическом мониторинге природной среды для выявления степени хозяйственной освоенности территорий, контроля последствий антропогенного воздействия и выполнения мероприятий по восстановлению природных богатств.

Например, в инфракрасной зоне хорошо просматриваются участки загрязнения водоемов сточными водами. По тоновым контрастам, которые отображают температурные контрасты, четко выделяются источники загрязнения. При этом нагретые сточные воды выделяются светлым тоном и можно проследить площадь их распространения. Инфракрасные изображения позволяют регистрировать пятна нефти на поверхности морей и определять площадь их распространения. По тону изображения можно судить о концентрации и качественном составе загрязняющих веществ.

На космических снимках хорошо прослеживаются загрязнения атмосферного воздуха разных типов - города, отдельные промышленные предприятия, пожары, то есть снимки позволяют распознать выбросы промышленных предприятий, концентрации дымовых факелов, пылевые бури и т.д.

Так, с помощью космической съемки впервые обнаружены явления слияния промышленных выбросов в атмосферу от нескольких крупных городов. Например, в августе 1970 года в Западной Европе образовалось огромное дымовое облако (шириной не менее 200 км), которое в виде полосы протягивалось от Южной Англии, через Северную Францию, Бельгию, Голландию, Германию на расстоянии свыше 700 км.

Наблюдения из космоса позволяют осуществить контроль лесного фонда. На инфракрасных снимках удается выявить зоны возгорания при сплошной задымленности, определить зоны затухания и осуществлять контроль распространения пожара. Инфракрасная съемка позволяет распознавать не только очаги пожара, но и наличие облаков, необходимых для борьбы с пожарами, так как борьбу с пожарами можно вести и с помощью искусственно вызванного дождя. Пожары могут возникнуть из-за деятельности человека, а также грозами. Спутниковая аппаратура помогает заранее предсказывать вероятность появления лесного пожара по анализу перемещения гроз над землей.

С помощью инфракрасной съемки можно с большой точностью определить время начала извержения вулкана, так как в период активизации вулкана температура быстро возрастает. По этой же аналогии, инфракрасная съемка позволяет выявить очаги самовозгорания в горнорудных районах на отвалах горных пород.

Загрязнение почв промышленными и другими выбросами приводить к изменению отражательной способности почв, вследствие этого меняются и дешифровочные признаки почв. По прямым дешифровочным признакам можно определить площадь, форму, источник загрязнения и т.д., то есть то что хорошо отобразилось на снимке по изменению тона и структуры почвы.

Если же загрязнение не нашло прямого отражения на снимке, иногда оно может быть определено косвенным путем. Отрицательное воздействие на почву проявляется в изменении растительности. Например, уменьшение размеров ареала растительности, замедленном развитии, смене растительных сообществ.

В зависимости от решаемых задач аэрокосмический мониторинг подразделяют на три вида: дозорный (или сигнальный), целевой и комплексный.

Дозорный (сигнальный) - оповещающий о необходимости организации детальных наблюдений за каким-либо объектом или районом. Он устанавливает факт появления или исчезновения объекта, а также изменений контролируемых характеристик. Информация в этом случае служит сигналом для организации более детальных исследований.

Целевой мониторинг - наблюдение за конкретным объектом, характер которого определяет вид, масштаб снимков, сроки их получения, способы обработки и форму предоставления материалов.

Комплексный (картографо-аэрокосмический) мониторинг имеет самостоятельное значение. Для него характерны дистанционное наблюдение комплекса взаимосвязанных объектов и преимущественно картографическая форма предоставления результатов наблюдений.

№ 16. Мониторинг атмосферного воздуха

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (в городах, промышленных и агропромышленных центрах и т.д.) и в районах, удаленных от источников выбросов поллютантов (фоновые наблюдения). Их основная задача - определение уровня загрязнения атмосферы, выявление источников выбросов, получение информации, необходимой для оценки и прогнозирования состояния воздушной среды.

Для контроля состояния воздуха в населенных пунктах используются три категории постов наблюдений:

- стационарные посты предназначены для регулярного отбора проб воздуха проводимых по графику с последующим проведением лабораторного анализа, а также для непрерывной регистрации содержания поллютантов в атмосфере;

- маршрутные посты предназначены для отбора проб воздуха в фиксированных точках местности с помощью передвижной лаборатории (обычно установленной на автомашине). Они в первую очередь предназначены для детального изучения загрязнения атмосферного воздуха в отдельных районах;

- передвижные (подфакельные) посты служат для отбора разовых проб в пределах санитарно-защитной зоны предприятия, под его дымовыми и газовыми факелами с целью определения зоны их влияния. Они выбираются каждый раз на различных расстояниях от источника загрязнения в зависимости от режима ветра.

Выбор мест расположения постов наблюдений является весьма ответственным этапом и осуществляется совместно учреждениями гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической служб.

Независимо от категории посты должны размещаться на открытой и хорошо проветриваемой территории, имеющий непыльную поверхность в виде асфальта, твердого грунта, газона. Это необходимо для исключения искажения результатов измерений. Для размещения стационарных и маршрутных постов необходимо знать состояние атмосферного воздуха, для чего должны проводиться предварительные исследования. Назначение маршрутных постов - выявление роли разных источников (промышленных, бытовых, автотранспорта) в загрязнении атмосферного воздуха. С учетом таких исследований посты наблюдения размещают в центральной части населенного пункта, жилых районах с разным типом застройки, зонах отдыха, на территориях, которые примыкают к магистралям с интенсивным движением автотранспорта.

Стационарные пункты наблюдений оснащены лабораторными павильонами, например, “Пост-1” и “Пост-2”, которые оборудованы специальными приборами для отбора проб воздуха, выявления концентрации некоторых газов и измерения ряда метеорологических величин. Количество этих постов определяется в зависимости от численности населения (в городах с количеством жителей в 200-500 тыс. человек сеть должна состоять из 3-5 постов, а в городах с населением более одного млн. человек - 10-20), площади населенного пункта, рельефа местности, уровня развития промышленности и других факторов. Наблюдения по полной программе выполняются непрерывно (при использовании автоматических газоанализаторов) или дискретно в 1, 7, 13, 19 часов по местному декретному времени.

Подфакельные наблюдения осуществляют учреждения санитарно-эпидемиологической службы. Отбор проб при подфакельных наблюдениях должен проводится с учетом направления ветра, общее число точек устанавливают с учетом высоты и мощности выброса, особенностей размещения селитебных территорий. Важно учесть и такое обстоятельство: по обе стороны от факела должны быть две точки справа и слева от линии перпендикулярной оси факела. Для проведения детальных исследований подфакельные наблюдения проводятся на расстоянии 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15 и 30 км.

Известно, что при неблагоприятных метеорологических условиях нередко может иметь место увеличение содержания в атмосферном воздухе тех или иных загрязняющих веществ. Поэтому в период неблагоприятных условий содержание загрязняющих веществ должно исследоваться через каждые три часа. Одновременно должны отбираться пробы под факелами источников загрязнения на таких расстояниях, где отмечается максимальное загрязнение, а также на территории наибольшей плотности населения.

При стационарных и маршрутных наблюдениях, которые организуются в районе размещения отдельных предприятий, являющихся крупными источниками загрязнения атмосферного воздуха, отбор проб должен выявлять максимальные концентрации загрязняющего вещества.

Для того чтобы оценить фактическое загрязнение атмосферного воздуха, полученные результаты сопоставляют с предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Отбор проб для определения разовых концентраций продолжается 20 мин. На их основе устанавливают среднесуточные концентрации - среднеарифметическое значение разовых концентраций, полученных при непрерывном отборе проб в течение 24 часов. Среднемесячная концентрация загрязняющих веществ представляет собой среднеарифметическое значение всех разовых концентраций за месяц на одном посту, или среднеарифметическое значение разовых или среднесуточных концентраций за один год на одном посту.

Практически важным является вопрос об определении перечня веществ, подлежащих контролю. Перечень веществ устанавливают с учетом сведений о составе и характере выбросов вредных веществ от источников, особенностей метеорологических условий рассеивания (накопления) поллютантов.

На стационарных постах проводятся наблюдения за основными загрязняющими веществами (пылью, двуокисью серы, окисью углерода, двуокисью азота) и специфическими веществами, перечень которых устанавливается в каждом конкретном случае. Важное место отводится определению концентрации тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка и др.), ведутся работы по организации контроля за содержанием углеводородов и озона. В зоне влияния АЭС и других источников выделения радиоактивных веществ проводится контроль за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха.

Обязательному контролю подлежат растворимые сульфаты - в городах с населением более 700 тыс. жителей, формальдегид и соединения свинца - в городах с населением более 500 тыс. человек, в которых, как известно, большую роль в загрязнении атмосферы играет автомобильный транспорт. В городах, где имеются предприятия черной и цветной металлургии, должны определяться металлы, в населенных пунктах с числом жителей более 100 тыс. человек - банз(а)пирен. В тех городах, которые расположены вблизи крупных сельскохозяйственных территорий, на которых используются пестициды, следует определять в атмосферном воздухе последние. В небольших населенных пунктах, где проводятся эпизодические наблюдения, число исследований за год должно быть не менее 200 для каждого поллютанта.

Ценную информацию о состоянии атмосферы может дать аэрокосмическая съемка, которая позволяет выявить крупные источники загрязнения, установить ареалы загрязнения воздушной среды на региональном и глобальном уровнях [9].

Информация, полученная в процессе наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, по степени срочности подразделяется на экстренную, оперативную и режимную. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровня загрязнения воздуха. Она немедленно передается местным органам для принятия соответствующих решений. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Оперативные и режимные данные используются для прогнозирования загрязнения воздуха и планирования мероприятий по охране окружающей природной среды.

При составлении прогноза загрязнения атмосферы учитывается, что рассеивание поллютантов в атмосфере и их накопление в первую очередь обусловлено метеорологическими условиями. Поэтому, при наличии прогноза метеоусловий и выявлении зависимостей между ними и загрязнением, можно рассчитать уровень последнего. В настоящее время задача прогноза реализуется либо макро-, либо в мезомасштабе. Базовой информацией при этом служат общие прогнозы погоды, детализированные с учетом специфики, вносимой городской застройкой. Наиболее информативными параметрами для прогноза загрязнения атмосферы являются: скорость и направление ветра, температурная стратификация, турбулентный обмен и осадки. На основе их комбинаций рассчитывается метеорологический потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА), прогноз которого служит важнейшей предпосылкой для составления прогноза загрязнения воздуха.

Прогнозирование ПЗА и уровня загрязнения позволяет принять определенные меры по регулированию выбросов в атмосферу с целью предотвращения высоких концентраций. При неблагоприятных метеоусловиях в периоды опасного для населения загрязнения предприятия должны принять меры по снижению выбросов в атмосферу.

№ 17. Мониторинг водных объектов

Основная цель данного мониторинга заключается в получении информации о качестве вод, необходимой для проведения мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов. В связи с этим решаются следующие задачи:

- наблюдение и контроль за уровнем загрязнения водоемов по физическим, химическим и гидробиологическим показателям;

- изучение динамики загрязняющих веществ с целью составления прогнозов загрязнения водоемов;

- выявление закономерностей процессов самоочищения и накопления загрязняющих веществ в донных отложениях;

- изучение закономерностей выноса поллютантов через устья рек с целью определения их баланса в водоемах.

Для решения этих задач организуются систематические наблюдения за загрязнением поверхностных вод как в местах, подверженных хозяйственной деятельности человека, так и в районах минимального загрязнения (фоновый контроль). Наблюдательная сеть включает стационарные посты наблюдений за состоянием водоемов, специализированные посты на загрязненных водных объектах для решения научно-исследовательских задач, временные экспедиционные посты на объектах, не охваченных наблюдениями. Наблюдательные пункты должны удовлетворять требованиям репрезентативности и располагать данными о расходах рек, уровнях воды в водоемах и другими гидрологическими материалами.

Посты наблюдений и контроля на реках, озерах и водохранилищах обычно приурочены к зонам сброса сточных вод. Посты устанавливаются у мест сброса сточных и ливневых вод городов и других крупных населенных пунктов, мест сброса сточных вод отдельными крупными предприятиями и подогретых вод от крупных ТЭС и АЭС, сброса коллекторно-дренажных вод с мелиоративных земель, нерестилища рыб, приплотинных и устьевых участков рек и других объектов.

Размещение створов на объектах наблюдения и расстояние между ними определяется в соответствии с действующими правилами охраны поверхностных вод от загрязнения. В каждом пункте должно быть выделено не менее двух-трех створов: один выше источника загрязнения (для характеристики фонового состояния объекта относительно данного пункта) и один-два створа ниже источника загрязнения.

На пунктах стационарной сети перечень наблюдаемых ингредиентов и показателей качества воды определяется, главным образом, составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями, предъявляемыми со стороны потребителей воды. Все это обуславливает некоторое различие программ наблюдения для разных пунктов стационарной сети. Тем не менее, определение ряда показателей, относящихся к наиболее общим требованиям к качеству воды для санитарно-бытового и рыбохозяйственного водопользования являются обязательным для всех пунктов сети и входит в общую программу. К ним относятся: температура воды, взвешенные вещества, минерализация, цветность, pH показатель, растворенный кислород, БПХ₅ (биохимическое потребление кислорода), главные ионы, запах, биогенные компоненты и такие широко распространенные загрязняющие вещества, как нефтепродукты, детергенты, летучие фенолы, пестициды, соединения тяжелых металлов, а в районах размещения АЭС радионуклиды. Этот список может меняться в зависимости от местных особенностей, важности водного объекта и требований, предъявляемых со стороны потребителей воды.

Для обеспечения оптимальной информации о качестве воды, для оценки изменения уровня загрязнения и для оценки эффективности мероприятий по охране окружающей среды все пункты стационарной сети наблюдений подразделяются на четыре категории.

К первой категории отнесены пункты:

- располагающиеся на водных объектах (или их участках), имеющих особо важное народнохозяйственное значение, включая устьевые участки и замыкающие створы основных крупных речных бассейнов;

- располагающиеся в местах нерестилищ и зимовий ценных пород рыб.

Ко второй категории отнесены пункты, расположенные на водных объектах:

- в районе промышленных городов и рабочих поселков, население которых использует воду для питьевых и хозяйственных нужд, и на участках массового отдыха населения;

- имеющих большое рыбохозяйственное значение;

- в местах сброса коллекторно-дренажных вод, отводимых с сельхозугодий; на пограничных створах рек, вытекающих на территорию страны из-за рубежа или вытекающих за ее пределы;

- на замыкающих створах больших и средних рек, впадающих в моря и внутренние водоемы, имеющие большое народнохозяйственное значение;

- на замыкающих створах рек, по которым составляются водохозяйственные балансы с характеристикой качества водных ресурсов;

- в приустьевой зоне больших притоков крупных рек, озер и водохранилищ.

К третьей категории относятся пункты, расположенные на водных объектах, где воздействие на качество воды носит умеренный и слабый характер, то есть в районах небольших городов, населенных пунктов, промышленных предприятий, местах отдыха (дома отдыха, туристические базы и пр.), местах поступления стоков с сельхозугодий.

К четвертной категории относятся пункты стационарной сети гидрохимических наблюдений на водных объектах, не подверженных прямому воздействию (фоновые участки).

Программа работ в зависимости от категории пунктов различается не только по объему наблюдаемых показателей, но и по срокам наблюдений. Так, на пунктах первой категории наблюдения производятся ежедневно по сокращенной программе и ежедекадно по полной программе; на пунктах второй категории ежедневно производятся только визуальные наблюдения, а полные - ежемесячно; на пунктах третьей категории - ежемесячные наблюдения по сокращенной программе, а полная программа - в основные гидрологические фазы, как и на пунктах четвертой категории.

Оценка степени загрязнения поверхностных и подземных вод осуществляется по различным химическим, физическим и биологическим показателям. Для совокупности оценки опасных уровней загрязнения водоемов используется суммарный показатель химического загрязнения (ПХЗ₁₀), определяемый по 10 максимально превышающим ПДК веществам.

В последние годы для выявления экологического состояния поверхностных водоемов широко используются гидробиологические индикаторы. Поскольку отсутствует единый гидробиологический показатель, качество воды определяется набором характеристик, отражающих состояние зообентоса, перифитона (организмов, поселяющихся на подводных частях речных судов, бакенов, свай и т.п.), зоопланктона, фитопланктона, высших водных растений. Конкретный набор характеристик обусловлен эколого-зональным типом водного объекта, составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиям, предъявляемыми потребителями воды.

В настоящее время мониторинг состояния вод суши оснащается автоматизированными системами отбора проб воды. На автоматизированных станциях надежно измеряются такие показатели, как температура, растворенный кислород, рН, мутность, электропроводность, уровень воды. Проводятся работы по разработке датчиков для определения ионов меди, фтора, хлора, нитрата, цианида, а также сероводорода, аммиака и других ингредиентов и показателей качества воды.

№ 18. Мониторинг почвенного покрова

Интенсивное использование земель часто ведет к развитию неблагоприятных процессов (водной и ветровой эрозии, вторичного засоления и заболачивания, загрязнения почв промышленными выбросами и пестицидами), что существенно ухудшает свойства почвенного покрова. В связи с этим возникает необходимость слежения за показателями состояния почв с целью его оценки, прогнозирования и картографирования, а также обоснования мероприятий по повышению почвенного плодородия. Мониторинг почвенного покрова включает систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции химических веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во времени. Однако он не может ограничится лишь анализом проб почв, так как исследование почв неотделимо от изучения других компонентов ландшафта, всех путей накопления загрязняющих веществ как в природных, так и в антропогенных комплексах.

Проведение мониторинга почв вызвано необходимостью своевременного выявления неблагоприятных свойств почв при различных видах их использования и развития естественных почвообразовательных процессов. Важнейшие задачи почвенного мониторинга включают:

- изучение факторов и процессов, определяющих антропогенную и естественную трансформацию почвенного покрова во времени и пространстве;

- определение и оценка изменения свойств почв, и их естественного плодородия;

- контроль за загрязнением почв пестицидами, тяжелыми металлами и другими поллютантами;

- выявление тенденций и прогнозирование изменения состава и свойств почв, а также структуры почвенного покрова.

Для решения этих проблем необходима организация стационарных и полустационарных наблюдений на специально выбранных участках в сочетании с использованием дистанционных методов исследования. В качестве объектов наблюдений выбираются типичные ландшафты, расположенные во всех важнейших почвенно-климатических зонах и провинциях и подверженные интенсивному антропогенному воздействию (прежде всего сельскохозяйственному использованию). Параллельно исследуются фоновые территории, представленные ландшафтами, которые испытали наименьшие антропогенные нагрузки.

На стационарах и в полустационарах с помощью полевых методов и анализов отобранных образцов ведутся регулярные наблюдения за химическими, физическими и биологическими показателями, характеризующими состояние почвенного покрова. Перечень наблюдаемых химических показателей определяется их токсичностью и распространенностью, а для средств химической защиты - еще и устойчивостью.

Наблюдения за содержанием наиболее токсичными тяжелыми металлами (ртуть, свинец, кадмий) проводятся повсеместно. Широко распространены такие токсиканты, как кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадий, марганец и др. В большинстве случаев они поступают на поверхность почв за счет локальных промышленных выбросов.

Из органических загрязнителей должны контролироваться вещества, обладающие способностью поступать и накапливаться в сельхозяйственной продукции, а также способные к миграции с поверхностным и подземным стоком. Среди них выделяют токсичные вещества, такие как бенз(а)пирен, полихлорбифенилы другие. Кроме того, в программу мониторинга входят наблюдения за содержанием гумуса, азота, фосфора, определяется кислотность почвы, накопление легкорастворимых солей и другие.

В соответствии с главными источниками загрязнения почв выделяют два типа загрязненных территорий.

К первому типу относятся почвы сельскохозяйственных районов. Отбор проб производится два раза в год - весной после таяния снега (до применения пестицидов) и в конце вегетационного периода (в течение 10 дней после уборки урожая). Пробы в обоих случаях отбираются на одних и тех же участках, которые являются типичными для данного района по природным условиям и характеру использования. Уровень загрязнения почв определяется по содержанию наиболее устойчивых пестицидов и тяжелых металлов.

Второй тип - это почвы вокруг промышленно-энергетических объектов. Основной отбор проводится один раз в год весной после таяния снега в 64 точках, расположенных равномерно по восьми направлениям (азимутам) в радиусе до нескольких десятков километров от источника загрязнения. Кроме того, производится дополнительный отбор проб один раз в год осенью после уборки урожая в 16 точках по четырем азимутам. Пробы почв анализируются на содержание тяжелых металлов, полихлорбифенилов, бенз(а)пирена и других ингредиентов.

Кроме почвы как таковой, объектами наблюдений являются также атмосферные выпадения (осадки, сухие выпадения, снежный покров), позволяющие судить о величине потока загрязняющих веществ на земную поверхность. Поэтому одновременно для определения интенсивности поступления тяжелых металлов в почву ежегодно (в конце зимы) проводится отбор проб снега. Соединенный образец снега с площади 1 га составляется из 20-40 точечных проб. Участки наблюдения чаще всего приурочены к местам с максимальным уровнем загрязнения почвенного покрова.

Наиболее крупные по площади объекты, это как правило сельскохозяйственные угодья, должны регулярно обследоваться с помощью дистанционных методов. Аэрокосмические снимки позволяют выявить структуру почвенного покрова, состояние посевов, а также путем измерения отражательной способности почв количественно (или полуколичественно) определить содержание гумуса, температуру почв, развитие эрозии и другие характеристики. Данные аэрокосмического зондирования должны контролироваться путем наземного обследования эталонных участков, расположенных в пределах массивов наблюдения.

Оценка экологического состояния почв производится с помощью химических и биологических критериев, а также показателей физической деградации сельскохозяйственных угодий.

В качестве показателей физической деградации сельскохозяйственных земель рекомендуется использовать площади угодий, выведенных из землепользования в результате эрозии, вторичного засоления, загрязнения, показатели увеличения плотности почв, потери гумуса и другие критерии. Признаком биологической деградации почв служит снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о котором можно судить по уменьшению уровня активной микробной биомассы.

Одним из важнейших результатов мониторинговых наблюдений является составление крупномасштабных карт состояния почвенного покрова. Они служат ценным материалом для оценки и прогнозирования направлений и степени изменения почв под влиянием хозяйственной деятельности человека. Поэтому на картах, кроме уровня загрязнения и ареалов (площадей) загрязнения отражаются трансформирующие процессы и свойства почв, определяющие их развитие (механический состав, содержание гумуса, кислотность и др.), а также вид сельскохозяйственных угодий.

№ 19. Биологический мониторинг

Под биологическим мониторингом следует понимать систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения.

Основной объект наблюдения данного вида мониторинга - отклики биологических систем разного уровня и факторы среды, воздействующие на них. Первоочередная задача - наблюдение за уровнем загрязнения биоты, при которой отклики или биологические последствия, связанные с воздействием загрязнений, регистрируются в рамках специальных подпрограмм.

Биологами накоплен большой объем информации о функционировании биологических систем как в норме, так и в случае отрицательного воздействия антропогенных факторов. Структура программы биологического мониторинга состоит из отдельных подпрограмм, составленных на основе уровней организации биологических систем. Так, субклеточному уровню организации биоты соответствует генетический мониторинг, клеточному - биохимический, организменному - физиологический, популяционному и биоценологическому (сообщества) - экологический биомониторинг. Кроме перечисленных, существуют подпрограммы мониторинга загрязнения биоты, продуктивности биосферы, исчезающих или находящихся на грани исчезновения видов.

Для каждой подпрограммы биомониторинга разрабатывается своя методика наблюдений и устанавливается определенный набор функциональных характеристик. Например, в программах биомониторинга на организменном уровне используются такие показатели как питание, дыхание, выделение и азотный баланс, рост, воспроизводство, состав крови, показатели поведения организмов. В программах биомониторинга на популяционном уровне - это ростовые показатели, воспроизводство, распределение и обилие видов, структура популяции.

Параметры популяционного уровня широко используются для мониторинга летальных и сублетальных концентраций загрязняющих веществ в зависимости от целей программ мониторинга и специфики контролируемых систем. При этом выбранные для наблюдения популяции должны быть частью систем, подвергающихся наибольшему воздействию со стороны загрязняющих веществ.

Отбор видов для данного вида мониторинга является сложной задачей, поскольку для отбора видов необходимы подробные данные о биоте изучаемого района. Объектом наблюдения может быть любая группа организмов: от микрофлоры до мегафауны и морских птиц. Предпочтение отдается видам, чувствительным к потенциальным загрязнениям (даже если они имеют ограниченное экологическое и промысловое значение), представляющим различные трофические уровни, а также ключевым видам, если их роль в сообществе известна. Трудности отбора связаны с особенностями поведения организмов в зависимости от сезона, возраста и миграции во время приливов. При отборе видов учитывают их пространственное распределение и подвижность. Подвижность выбранного вида должна быть невысокой, чтобы иммиграция и эмиграция не влияли на конечные результаты. Предпочтительны виды, ведущие оседлый образ жизни, так как если подвижность вида высокая, данные о структуре популяции и росте будут малоценными, поскольку продолжительность воздействия загрязняющего вещества на них окажется неизвестной из-за возможного избегания мест загрязнения. Виды бентосных систем используются чаще, так как они с пространственной и временной точек зрения менее изменчивы.

Биомониторинг на уровне сообщества. Напомним, что под сообществом обычно понимают ассоциацию популяций, которые взаимодействуют как между собой, так и с окружающей средой. В качестве показателей биомониторинга сообществ выступают биомасса, обилие, видовое разнообразие, число высших таксонов, трофическая структура, а также результаты сравнения сообществ.

В качестве критериев оценки экологического состояния популяций и сообществ выступают структурные и функциональные показатели, характеризующие состояние растительного и животного населения. Под структурными показателями в мониторинге сообществ являются число особей и список видов в сообществе, их изменчивость в пространстве и во времени. Функциональная характеристика сообщества включает качество и количество энергии, протекающей через сообщество.

Оценка воздействия загрязяющих веществ на экосистемном уровне сводится к использованию данных, полученных для уровней популяции или сообществ, из которых оно состоит. Однако эта оценка может оказаться неполной, так как при таком подходе могут отсутствовать данные об изменении важных переменных, характеризующих состояние экосистемы как самостоятельной субъединицы иерархической структуры живого.

Структурной основой экосистемы являются неорганические и органические вещества, факторы среды (температура, свет, ветер и др.), продуценты, консументы и редуценты. Сложные взаимозависимые процессы функционирования экосистемы осуществляется за счет потока энергии, пищевых цепей, круговорота питательных веществ, изменения разнообразия, развития и эволюции во времени и пространстве.

При мониторинге экосистем необходимо выявить чувствительные звенья экосистемы, по которым можно было бы судить о его состоянии. Другим не менее важным подходом является создание имитационных моделей экосистем.

Контроль за изменением популяций и биоценозов и их функционированием под влиянием разных видов антропогенного воздействия проводится в стационарах как на эталонных участках, так и на территориях, подверженных антропогенному воздействию. Особый интерес представляют наблюдения за аккумуляцией растениями и животными химических веществ, выделяемых в процессе промышленного производства, при аварийных выбросах или применяемые в сельском и лесном хозяйстве. Прослеживается их миграция по цепям питания и распределением по трофическим уровням в биоценозах, расположенных в различных природных зонах.

С точки зрения информативности, все подпрограммы биологического мониторинга одинаково ценны и не имеют преимуществ друг перед другом, однако в настоящее время больше внимания уделяется экологическому мониторингу.

Важными функциями биомониторинга является разработка систем раннего оповещения, диагностика и прогнозирование изменения биологических сообществ.

При разработке систем раннего оповещения необходим отбор подходящих организмов и создание автоматизированных устройств, позволяющих достаточно четко выявлять реакцию биоты на антропогенные изменения окружающей природной среды. Такие устройства могут быть использованы для определения качества воды в водоемах и получения оперативной информации о возникновении опасной токсикологической ситуации.

Диагностический блок мониторинга предполагает обнаружение, идентификацию и определение концентрации загрязняющих веществ в биотической составляющей на основе широкого использования организмов-мониторов.

Данные диагноза служат информационной базой для прогнозирования эволюции живых организмов. Прогнозирование позволяет установить скорости накопления загрязняющих веществ, пути их миграции по цепям питания и в конечном итоге определить будущее состояние биологических объектов и среды их обитания.

№ 20. Мониторинг в энергетике

В последнее годы на предприятиях энергетики все более активно разрабатываются и внедряются различные системы непрерывного контроля. Система непрерывного производственного контроля эмиссии поллютантов базируется на современных средствах измерительной и вычислительной техники.

Система непрерывного контроля может быть использована не только для текущего контроля и учета эмиссии поллютантов тепловых энергетических станций, но также и для диагностики рабочих режимов и управления технологическим процессом сжигания топлива в котлах в масштабе реального времени. Внедрение данных систем на всех предприятиях теплоэнергетики позволит осуществлять достоверный непрерывный контроль за выбросами тепловых энергетических станций в атмосферный воздух, экономить топливо, что позволит уменьшить загрязнение природной среды токсичными продуктами сгорания. Контролю подлежат оксиды азота (NО_x), диоксид серы (SO₂), золы твердого топлива (в пересчете на V₂O₅), оксид углерода (CO) и сажа. Таким образом, система непрерывного мониторинга эмиссии поллютантов ТЭС в атмосферный воздух представляет собой измерительно-информационный комплекс.

Непрерывные измерения эмиссии поллютантов выполняются с помощью стационарных автоматических газоанализаторов и газоанализаторных систем.

При организации систем непрерывного контроля эмиссии поллютантов выделяют два принципиально разных вида газоанализаторных систем: пробоотборные и беспробоотборные.

Пробоотборные системы имеют устройства для отбора, подготовки и транспортировки пробы к газоанализатору. Эти устройства могут быть совмещены с измерительной системой в единый газоанализаторный компьютеризованный комплекс. В пробоотборных системах широко используются электрохимический, хемилюминисцентный, хроматографический и фотоколометрический методы инструментального анализа газов.

В беспробоотборных системах отсутствуют устройства отбора пробы, ее подготовки и транспортировки. Эти системы выполняются в виде зондов или в виде оптических передатчика и приемника, устанавливаемых друг против друга непосредственно в газоходе. Они базируются в основном на методах инфракрасной и ультрафиолетовой спектрометрии, а также используют электрохимические ячейки с твердым электролитом, размещаемые непосредственно в потоке газов.

На ТЭС, при реализации системы непрерывного мониторинга эмиссии поллютантов, наиболее оптимальной является ситуация, когда контроль суммарных выбросов станции в атмосферный воздух осуществляется в дымовой трубе, а контроль газового состава поллютантов (с целью регулирования и наладки рабочих режимов) на каждом котле.

Таким образом, система непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ) ТЭС в атмосферу представляет собой сложный организационно-технический комплекс, обеспечивающий решение следующих задач:

1. Непрерывный контроль уровней выбросов осуществляется путем измерения текущих концентраций вредных примесей в уходящих дымовых газах ТЭС и определения их массового выброса в заданные временные интервалы.

2. Обработка, систематизация и хранение данных. Результаты измерений обрабатываются с целью их приведения к стандартному виду, систематизируются по видам вредных примесей, поступающих в окружающую среду, по действующему оборудованию (котлам, дымовым трубам и др.), по ТЭС и энергосистеме в целом и другим показателям, необходимым для достижения целей СНМВ, после чего организуется их хранение в информационной базе СНМВ с целью информационного обеспечения экологической деятельности.

3. Отображение текущей информации по вопросам вредных веществ и сигнализация о нарушении режимов работы оборудования. (На защите управления). Производится отображение текущей информации по концентрациям и массовым выбросам вредных веществ в табличном, графическом и иных видах для пользователей разных уровней и выдаются сигналы для оперативного персонала ТЭС в случае нарушения режимов работы оборудования и превышении норматив выбросов вредных веществ.

4. Оперативный анализ и диагностика работы основного оборудования. Сравнение уровней выбросов (концентраций и массовых выбросов) вредных веществ с нормативными величинами и данными режимных карт работы котлов с целью определения причин, по которым произошло увеличение уровней выбросов или отклонение от режимных карт.

5. Разработка рекомендаций по оптимизации текущих режимов работы оборудования. Разработка (на базе проведенного анализа) и выдача обслуживающему персоналу рекомендаций по оптимальному ведению текущих режимов работы котельных агрегатов для снижения загрязнения окружающей среды и повышения экономичности работы основного оборудования ТЭС.

6. Разработка рекомендаций по ремонту, реконструкции и модернизации оборудования. В случае, если режимные мероприятия (см. п. 5) не дают нужных результатов, экспертная система на базе анализа и обобщения режимных характеристик разрабатывает рекомендации по ремонту и/или реконструкции и модернизации котельного агрегата с учетом их конструктивных особенностей.

7. Ведение статистической отчетности. Статистическая отчетность включает данные по всем видам выбросов и стоков за определенные периоды времени по каждому котлу, а также ТЭС и энергосистеме в целом и используется для расчета платы за выбросы и стоки, для определения приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, сравнения с разрешенными ПДВ и ВСВ и других целей.

8. Агрегатирование данных и регламентный обмен информацией. Осуществляет агрегатирование данных и регламентированный обмен ими в информационной сети автоматизированной системы экологического мониторинга, а также связь с региональной и другими системами мониторинга для дальнейшего контроля и анализа.

9. Отображение динамики загрязнения окружающей среды дает возможность проанализировать во времени исчерпание экологического потенциала региона и возможности его промышленного развития, влияние финансирования природоохранных мероприятий на состояние окружающей среды и оценить их эффективность.

10. Прогнозирование потенциального загрязнения окружающей среды производится путем моделирования уровней выбросов с учетом метеорологических условий, внедрения природоохранных технологий и оборудования, локальных условий промышленного развития с целью предотвращения критических ситуаций и планирования дальнейшего хозяйственного развития региона.

Кроме рассмотренных выше задач разрабатываемая система непрерывного наблюдения выбросов СНМВ должна предусматривать возможность «наращивания» (расширения) с целью решения дополнительных задач, которые могут возникнуть в ближайшем будущем. К такого рода задачам относятся, например, увеличение количества объектов контроля СНМВ; возможность сопряжения СНМВ с автоматизированными системами регулирования котлов и энергоблоков и пр.

На рис. 1 представлена функциональная схема системы непрерывного мониторинга выбросов ТЭС, реализующая вышеперечисленные задачи. В тоже время с точки зрения чисто «внутренних» потребностей тепловой электростанции назначение СНМВ сводится к решению трех основных проблем:

1. определение реального количества вредных выбросов в атмосферу и расчет платы за выбросы;

2. регулирование количества вредных выбросов путем оптимизации рабочих режимов;

3. уменьшение вредных выбросов в окружающую среду и повышение эффективности работы ТЭС за счет модернизации и реконструкции оборудования.

Поиск по сайту: