Гидросфера как объект мониторинга. Система наблюдений за количественными изменениями в гидросфере

Гидросфера - водная оболочка земного шара, расположенная в нижней части атмосферы, на поверхности земной коры и в ее толще, представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод, снежного покрова и ледников). По своим границам гидросфера совпадает с биосферой в понимании В.И. Вернадского. Исключительная роль воды в жизни человека и всего живого на Земле обусловливает большое и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы и режиму водных объектов.

Информация о состоянии гидросферы и ее объектов широко используется в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в предупреждении о стихийных бедствиях (наводнениях, засухах, селевых потоках и сходе снежных лавин) и опасной для человека, водных и околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы. Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому и экологическому состоянию водных объектов.

Система наблюдения за состоянием гидросферы являются частью общей системы наблюдений за окружающей природной средой. Основная работа по организации и осуществлению наблюдений, сбора и обработки информации о состоянии гидросферы выполняется национальными метеорологическими, гидрологическими, геологическими службами и водохозяйственными организациями стран земного шара.

Методы измерения скорости и расхода воды-Наиболее широкое распространение для измерения скорости потока, которая в сочетании с оценкой площади поперечного сечения потока промерами является основой для оценки расхода воды, получили гидрометрические вертушки различных типов (рис. 3). Для уменьшения трудоемкости измерений и обработки данных в последние годы разработаны автоматизированные системы измерения скорости и расхода воды контролируемого потока с движущегося судна с использованием кроме вертушки гидроакустического оборудования. В основе этого метода лежит эффект Доплера, который проявляется в смещении частоты отраженной от движущегося объекта электромагнитной волны на так называемую частоту Доплера:

где u – скорость объекта, l – длина волны, q – угол падения электромагнитной волны.

Работа по измерению расходов воды заключается в пересечении реки судном по заранее выбранному направлению, в оценке скорости течения воды и скорости судна, учете угла измерения скорости течения по отношению к поперечному сечению и измерению глубины реки. Эти сведения собирают и обрабатывают в компьютере на судне.

Экспедиционные исследования. Приземные и наземные наблюдения, аэрологическое зондирование и систематические глобальные спутниковые измерения все же не обеспечивают всей необходимой информации для изучения механизмов, лежащих в основе природных процессов взаимодействия компонентов гидросферы от формирования облаков и их воздействия на перенос солнечной радиации до океанической циркуляции, которая реагирует на малые изменения в потоках между поверхностью океана и атмосферой. Это во многом определяет динамику климата, изменения влагопереноса с океанов на сушу. Для того чтобы количественно определить взаимодействие между глобальной циркуляцией атмосферы, переносами воды и энергии, мировой океанической циркуляцией и морскими льдами, влажностью поверхности суши и гидрологическим режимом водных объектов суши, осуществляются национальные и международные проекты комплексных стационарных и экспедиционных исследований.

24. Мониторинг загрязнения вод суши.Мониторинг загрязнения морей

Мониторинг загрязнения вод суши Проблема загрязнения вод суши (рек, озер, водохранилищ, подземных вод) тесно связана с проблемой обеспеченности пресной водой, поэтому наблюдениям и контролю за уровнем загрязнения водных объектов уделяется особое внимание. Служба контроля за уровнем загрязнения пресных вод является частью национальных систем мониторинга загрязнения окружающей среды. Основная цель службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения вод суши заключается в получении информации о качестве вод, необходимой для осуществления мероприятий как по охране вод, так и по рациональному использованию водных ресурсов. Служба решает задачи контроля за уровнем загрязнения вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям и задачи изучения динамики загрязняющих веществ для прогнозов загрязнения водных объектов. Важная задача мониторинга – изучение процессов самоочищения водных объектов и накопления загрязняющих веществ в донных отложениях и изучение закономерностей выноса веществ в водоемы (моря, озера, водохранилища).

Мониторинг загрязнения морей. Организация загрязнения морских водоемов имеет особенности и требуется для решения таких основных задач, как:

1) контроль за уровнем загрязнения вод и донных отложений по физическим, химическим и гидробиологическим показателям, особенно в курортно-оздоровительных и рыбохозяйственных зонах;

2) изучение баланса загрязняющих веществ в морях и их отдельных частях (заливах) с учетом процессов, происходящих на границе раздела атмосфера-вода, разложения и трансформации загрязняющих веществ и накопления их в донных отложениях;

3) изучение закономерностей пространственных и временных изменений концентраций загрязняющих веществ, установление связи этих изменений с естественными циркуляционными процессами в морях, с гидрометеорологическим режимом и особенностями хозяйственной деятельности

28. Почвенно-химический мониторинг (мониторинг загрязнения почв)

Усиление государственного контроля за использованием и охраной земель приводит к ужесточению требований к почвенно-экологическим обследованиям территорий, подверженных воздействию НГК. В связи с этим основными задачами почвенного обследования (мониторинга) являются:

- выявление загрязненных почв и определение причин загрязнения и (или) механического нарушения;

- оценка экологических последствий загрязнения почвы;

- реабилитация и контроль за восстановлением нарушенных почв.

Конечная цель обследования - разработка экологических требований к ох­ране почв (включая предложения по изоляции и рекультивации нарушенных земель).

Нефтепромыслы - объекты, совмещающие элементы нефтедобывающих и нефтетранспортных предприятий, они имеют специфику в воздействии на почвы.

Устойчивость почв к различного рода техногенным нагрузкам определяет­ся многими факторами, поэтому существующие методы и приемы контроля для получения информации о состоянии почв отличаются большим разнообразием (рис. 7.5).

Как и для других видов мониторинга компонентов ОС, при организации почвенного мониторинга выделяют глобальный, региональный и локальный уровни. Нефтедобывающие предприятия чаще имеют дело с локальной, т.е. местной, системой наблюдений. Однако для оценки происходящих изменений в почвах необходимо различать фоновый и импактный мониторинг почв. В первом случае предполагается организация наблюдений за состоянием почв до начала действия антропогенных нагрузок, во втором предусматривается оцен­ка изменений параметров почв при непосредственном воздействии антропогенных факторов.

В соответствии с концепцией государственного мониторинга ОС монито­ринг почв проводится в комплексе с другими видами мониторинга. В то же время он включает наблюдения за:

- основными параметрами ландшафта, в частности за формами рельефа, вызванными антропогенными изменениями;

- составляющими водного баланса территории и их химическим составом;

- процессами опустынивания, переувлажнения, зарастания, осушения;

- состоянием земельного фонда, растительности, микробионтов;

- биогеохимическим круговоротом веществ в системе "почва - растительность".

При этом все многообразие показателей состояния почв можно свести к следующим группам, подлежащим контролю (табл. 7.7).

Однако перечень показателей должен быть оптимальным и обеспечен реальными наблюдениями. Кроме табличных он может быть расширен с учетом специфики деятельности предприятий и видов почв. В практике наблюдений сложились определенные нормы показателей на различных этапах техноген­ной нагрузки.

К показателям ранней диагностики относят биологическую активность почв, численный и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных, ферментативную активность почв, интенсивность выделения СО₂, характеристики ионно-солевого и кислотно-солевого режимов. Они определяются несколько раз за сезон и позволяют выявить начальные стадии деградации почв.

Для текущего контроля и среднесрочной диагностики от 1 раза в сезон до 1 раза в 2-5 лет применяют следующие показатели: катионообменные свой­ства почв, содержание доступных для растений элементов, мощность и запасы подстилки, состав гумуса.

Таблица 7.7 - Контролируемые показатели почвенного мониторинга (по Э.Н. Гапонюки С.Г. Малахову, 1989)

Оцениваемые показатели	Основные показатели	Дополнительные показатели
Степень загрязнения	Общее содержание загрязняющих веществ в почве, мг/кг Коэффициент накопления
Физико-химические	pH,Eh Гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г	Титруемая щелочность, мг-экв./100 г Содержание карбонатов (бикарбонатов) Содержание окисленных и восстановленных форм элемен­тов с переменной валентностью
Общие показатели	Сумма поглощенных оснований, мг-экв./100 г Микроагрегатный и гранулометрический составы	Емкость катионного обмена, мг- экв./100г Степень засоления, % Сухой остаток, %
Миграционные	Содержание экстрагируемых форм химических элементов, мг/л Транслокация в растениях Испарение Миграция по профилю	Степень эродированности, % Подвижность органоминеральных компонентов, мг/л
Буферные	Устойчивость гумуса Устойчивость почвенного поглощающего комплекса Устойчивость кислотно-основных свойств Устойчивость ферментативной активности	Обобщенный показатель реакции почв на загрязнение
Агрохимические	Общее содержание гумуса, % Общее содержание азота, фосфора, калия, %	Групповой состав гумуса Содержание водорастворимых органических веществ, мг/100 г Содержание подвижных форм азота, фосфора, калия, мг/кг
Токсичные	Активность дегидрогеназ, мкл Н2/г-сут. Дыхание почвы (по выделению СО2 или поглощению О2), % Фитотоксичность (по изменению энергии прорастания), %	Общая каталитическая активность (разложение перекиси) Активность ферментов в циклах углерода, азота и фосфора Влажность завядания, % Содержание токсичных форм элементов

Для долгосрочной диагностики такие показатели, как валовой состав почв (включая тяжелые металлы), минеральный состав, содержание и запасы гумуса, показатели структуры и физических свойств почв, определяются 1 раз за 5-10 лет и больше.