Понятие мониторинга окружающей среды
Мониторинг подразумевает под собой систему наблюдений за состоянием природной среды, за условиями жизнедеятельности живых организмов и их сообществ. Целью мониторинга является проведение разработок мероприятий по их охране, а также прогнозирование масштабов неизбежных изменений и предупреждение о критических ситуациях.
Задачами системы мониторинга являются следующие: 1) проведение анализа состояния окружающей среды; 2) выработка мер по сохранению, улучшению и рациональному использованию природных ресурсов; 3) обеспечение условий по предупреждению критических ситуаций; 4) относительный прогноз масштабов неизбежных изменений.
Термин «мониторинг», в отличие от термина «контроль», не предусматривает использования элементов управления биосферой, но предусматривает управление процессами антропогенного воздействия на окружающую среду.
В системе «мониторинг» проводятся наблюдения с учетом следующих параметров: источники и факторы антропогенных воздействий: химические, физические, биологические; характер реакций на эти воздействия окружающей среды и прежде всего на биологические системы.
Таким образом, с помощью мониторинга осуществляется: 1) оценка фактического состояния; 2) прогнозирование тенденций развития окружающей среды; 3) выработка рекомендаций по размещению пунктов наблюдения, временных, количественных и качественных параметров, а также изменения характера и интенсивности воздействий на природную среду.
Общий (стандартный) мониторинг окружающей среды - это оптимальные по количеству параметров наблюдения на пунктах, которые объединены в единую информационно-технологическую сеть. Эти параметры на основе оценки и прогнозирования состояния окружающей среды позволяют регулярно проводить разработку управленческих решений на всех уровнях.
Стандартный мониторинг обычно осуществляется по вполне определенному числу параметров наблюдения. Например, 4 или 5 компонентов ОС, атмосфера (CO, CO2, NOx, SO2). Стандартный мониторинг, как правило, проводится на всех иерархических уровнях.
В основе организации систем стандартного мониторинга учитываются общие теоретические и методологические принципы:
1. Структурно-организационный принцип – система мониторинга любого уровня, являясь многоуровневой иерархической структурой, должна строиться с учётом взаимодействия с высшими системами и низшими подсистемами.
2. Функциональный принцип – мониторинг функционирует во времени как взаимосвязанная и взаимообусловленная система цепи постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления.
3. Обучающий принцип – с течением времени в системе работающего мониторинга качество прогнозов и эффективность управления должны закономерно улучшаться, система мониторинга во времени должна непрерывно совершенствоваться и строиться как «самообучающаяся» система.
4. Пространственный принцип – пространственная структура системы пунктов получения информации формируется в зависимости от вида мониторинга и определяется природными геологическими и инженерно-геологическими особенностями территории, типом и особенностями инженерных сооружений на ней, а также состоянием на ней экосистемы.
5. Временной принцип – частота наблюдений и сбора информации во времени в системе мониторинга полностью определяется динамикой наблюдаемых (изучаемых) процессов.
6. Целевой принцип – система любого мониторинга должна строиться с учётом достижения его конечной цели – оптимизации управления, что достигается на базе прогнозных оценок её развития путём выработки оптимальных управляющих решений и рекомендаций.
Таким образом, основные цели стандартного экологического мониторинга состоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:
• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем;
• выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;
• создать предпосылки для определения мер по исправлению создающихся негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.
Под оперативным (кризисным) мониторингом окружающей среды подразумевается проведение наблюдений в реальном масштабе времени с учетом специальных показателей в сети пунктов. К таким наблюдениям относятся наблюдения по отдельным объектам, источникам повышенного экологического риска в отдельных регионах, которые определены как зоны чрезвычайной экологической ситуации, а также в районах аварий с вредными экологическими последствиями с целью обеспечения оперативного реагирования на кризисные ситуации и принятия решений по их ликвидации, создание безопасных условий для населения.
При возникновении аварийных и чрезвычайных ситуаций, Комиссия по вопросам техногенно-экологической безопасности и чрезвычайным ситуациям активизирует проведение специального кризисного мониторинга.
Кризисный мониторинг окружающей среды осуществляется путем систематических, дополнительных наблюдений за количественными и качественными параметрами окружающей среды, эти параметры устанавливаются при возникновении аварийных загрязнений, в зонах влияния аварий и чрезвычайных ситуаций. Субъектами системы мониторинга окружающей среды совместно проводится классификация чрезвычайных ситуаций, проводится оценка экономического ущерба и анализ причин возникновения ЧС, разрабатываются мероприятия и мобилизационные программы по ликвидации ЧС.
Субъектами государственного мониторинга разрабатывается особый план отбора проб окружающей среды, который учитывает особенности загрязняющего вещества, степень его опасности и пути распространения в природной среде. В зависимости от ареала распространения загрязняющих веществ определяется количество и периодичность отбора проб объектов природной среды. Такой план кризисного мониторинга утверждается Комиссией по вопросам техногенно-экологической безопасности и чрезвычайных ситуаций. Если возникает необходимость, то зависимости от оперативной обстановки производится корректировка.
Информация, полученная в результате проведения кризисного мониторинга, направляется в Комиссию, МЧС, Минздрав и Минэкобезопасности для оперативного реагирования, математического моделирования распространения загрязнения в объектах природной среды и координирования мер по ликвидации аварийных ситуаций и экологических последствий.
Фоновый (научный) мониторинг окружающей среды предполагает выполнение специальных высокоточных наблюдений относительно всех составляющих окружающей среды, а также с учетом характера, состава, круговорота и миграций загрязняющих веществ, наблюдений относительно реагирования организмов на загрязнение на уровне отдельных популяций, экосистем и биосферы в целом. Этот мониторинг осуществляется в условиях природной среды, а именно в естественных и биосферных заповедниках, на других охраняемых территориях, на базовых станциях.
Комплекс экологического мониторинга имеет следующие подсистемы: геосферную, геохимическую и биологическую.
Фоновый мониторинг ОПС является составной частью мониторинга ОПС. Данный вид мониторинга предполагает осуществление наблюдений за процессами и явлениями, которые характеризуют загрязнение среды районов, не подверженных прямым антропогенным воздействиям, и реакцию биоты на эти загрязнения.
Исследования экологических изменений и организация экологического мониторинга на фоновом уровне, предусматривают проведение наблюдений в зонах отдаленных от локальных источников загрязнения, то есть фоновые наблюдения. Суть этих наблюдений заключается в отслеживании изменений состояния атмосферы, почвы, природных вод, структуры земной поверхности на территориях, которые непосредственно подвергаются действию антропогенных факторов. Фоновый мониторинг - многолетние комплексные наблюдения за определенными объектами природоохранных зон с целью оценки и прогнозирования изменений состояния экосистем, удаленных от объектов промышленной и хозяйственной деятельности. Основной задачей фонового мониторинга является выяснение и фиксация показателей, характеризующих естественный фон, а также глобальных и региональных изменений в процессе развития биосферы. Его организуют в биосферных заповедниках. Биосферный заповедник - территория международного значения, отделенная с целью сохранения разнообразия природно-территориальных комплексов и генетических ресурсов растительного и животного мира, проведения научных исследований, фонового мониторинга и изучения состояния окружающей среды. На сегодняшний день в 76 странах мира функционирует до 300 биосферных заповедников.
В биосферных заповедниках запрещена любая хозяйственная деятельность. На их территориях формируются фоновые станции, где изучают фоновое глобальное состояние биосферы. В состав станции фонового мониторинга входит стационарный участок наблюдений и химическая лаборатория. Участок (полигон) наблюдения состоит из площадки и скважин для отбора проб, гидропостов. На участке отбирают пробы атмосферного воздуха, осадков, вод, почв, растительности, проводят гидрометрические и геофизические измерения. Химическую лабораторию возводят не ближе 500 м от базового участка. В лаборатории обрабатывают и анализируют отобранные пробы. На фоновых станциях проводятся определения и исследования критериев экологического мониторинга, уточняются методы контроля, оценки и прогнозирования состояния объектов наблюдения. Международные фоновые мониторинговые станции принадлежат к глобальной системе мониторинга окружающей среды. Программа фонового экологического мониторинга на основе биосферных заповедников охватывает такие направления:
- мониторинг загрязнения природной среды факторами антропогенного воздействия;
- мониторинг реакции биоты на антропогенное воздействие, прежде всего на фоновые уровни загрязнения;
- наблюдение за изменением функциональных и структурных характеристик эталонных (девственных) природных экосистем и их антропогенных модификаций.
Программа фонового мониторинга формируется из абиотической и биотической составляющих. К абиотической составляющей фонового мониторинга относятся наблюдения за климатическими, эдафическими (почвенными), гидрологическими, рельефными, геологическими условиями и явлениями окружающей среды, которые оказывают влияние на организмы экосистемы. При этом измеряют гидрометеорологические величины, концентрацию химических веществ.
Наблюдение за абиотической частью должны предоставлять информацию о концентрации химических веществ, их соединениях в окружающей среде, о миграционных процессах, о накоплениях, о трансформации и кругообороте этих веществ. Во время абиотических наблюдений для каждого вещества устанавливают перечень сред, которые требуют изучения. При этом учитывают следующие критерии: - распространение веществ, их устойчивость и мобильность в окружающей среде; - способность веществ к воздействию на биологические и геофизические системы. Биотическая составляющая фонового мониторинга охватывает оценку состояния биоты, прогнозирование ее реакций на незначительные изменения природной среды.
Глобальный мониторинг - задача мирового сообщества, потому что он отвечает интересам всего человечества.
На практике цели глобального мониторинга определяются в процессе международного сотрудничества в рамках различных международных организаций, соглашений (конвенций) и деклараций.
Задача изучения Земли как целостной природной системы поставлена Международной геосферно-биосферной программой (МГБП) и решается на основе широкого применения космических средств наблюдений. Осуществление МГБП началось в 1990 г. и предусматривает семь ключевых направлений разработок:
1. Закономерности химических процессов в глобальной атмосфере и роль биологических процессов в круговороте малых газовых компонентов. Проекты, выполняемые по этим направлениям, ставят целью проведение анализа влияния изменений содержания озона в стратосфере относительно проникновения к земной поверхности биологически опасного ультрафиолетового излучения, оценку воздействия аэрозолей на климат и др.
2. Влияние биогеохимических процессов в океане на климат и обратное влияние. Проекты включают комплексные исследования глобального газообмена между океаном и атмосферой, морским дном и границами континентов, разработку методик прогнозирования реакции биогеохимических процессов в океане на антропогенные возмущения в глобальном масштабе, изучение эвфотической зоны Мирового океана.
3. Изучение прибрежных экосистем и влияния изменений землепользования.
4. Взаимодействие растительного покрова с физическими процессами, ответственными за формирование глобального круговорота воды. В рамках этого направления проводятся исследования по программе глобального эксперимента с целью изучения круговорота энергии и воды в дополнение к исследованиям по Всемирной программе исследований климата.
5. Влияние глобальных изменений на континентальные экосистемы. Будут разрабатываться методики прогноза влияния изменений климата, концентрации углекислого газа и землепользования на экосистемы, а также обратных связей; исследоваться глобальные изменения экологического разнообразия.
6. Палеоэкология и палеоэкологические изменения, а также их последствия. Будут проводиться исследования с целью реконструкции истории изменений климата и окружающей среды с временным разрешением не более 10 лет.
7. Моделирование земной системы с целью прогноза ее эволюции. Создаются численные модели в глобальном масштабе, делаются количественные оценки взаимодействия глобальных, физических, химических и биологических интерактивных процессов в земной системе в течение последних 100 тысяч лет.
В рамках МГБП изучаются биогеофизические круговороты углерода, азота, фосфора и серы, которые сейчас определяются как природными, так и антропогенными факторами.
Антропогенные факторы особенно существенные для круговорота углерода. Трудности изучения процессов обусловлены неопределенностями, связанными с вкладом континентальной биомассы (изменениями вследствие вырубки лесов, изменениями суммарной производительности экосистем) и вариациями кругооборотов других компонентов.
Особенности географического распределения экосистем, определение их границ, масштабов и темпов антропогенного воздействия также исследуют с помощью спутниковых дистанционных методов. Важной подсистемой мониторинга является изучение роли лесов в формировании биогеохимических круговоротов: их влияние на формирование осадков, на энергетический баланс, климат, роль как источника или стока углекислого газа и т.д. При изучении биологических процессов на суше ключевая роль отводится исследованию специфики энергетического баланса различных экосистем: пустынь, лесов, саванн, сельскохозяйственных районов и др. Глобальные процессы являются объектом пристального внимания индустриально развитых стран и международного сотрудничества.
Допустимыми следует считать такие воздействия, которые не приводят к ухудшению состояния биосферы по одному из рассмотренных параметров, поэтому основными направлениями глобального мониторинга считаются изучения:
- незначительных изменений, которые оказываются повсеместно, например, глобальные изменения климата вследствие загрязнения;
- эффектов, связанных с распространением загрязняющих веществ на большие расстояния, например, закисление среды под влиянием выбросов в атмосферу серы.
При проведении локального мониторинга в качестве объектов наблюдения выбираются отдельные точки и зоны, размеры которых составляют не более десятков квадратных километров. Проведение локального мониторинга организовывается на территории отдельных объектов (предприятий), городов, на определенных участках ландшафтов.
Если объектами наблюдения являются локальные источники повышенной опасности, например территории, вблизи мест захоронения радиоактивных отходов, химические заводы и т.д., то такой мониторинг называется импактный.
При организации и проведении локального мониторинга должны определяться приоритетные загрязнители, прежде всего, за которыми уже ведутся наблюдения по программам глобального и национального мониторинга (или хотя бы большинство из них), а также загрязнители, выявляемые при организации мониторинга имеющихся источников загрязнения или на основе изучения технологических регламентов (проектов) создаваемых производств.
Для интерпретации результатов наблюдений необходимы данные о местных гидрометеорологических условиях, что и делает необходимым участие в локальном мониторинге подразделений Росгидромета. Помимо мониторинга загрязнений именно на локальном уровне важен мониторинг здоровья, осуществляемый службами Минздрава Российской Федерации.
По результатам локального мониторинга соответствующие компетентные органы могут приостанавливать деятельность предприятий, приводящих к сверхнормативному загрязнению окружающей среды, до ликвидации аварийной ситуации и ее последствий, или улучшения технологического процесса, устраняющего возможность таких загрязнений. В особых случаях может ставиться вопрос о полном закрытии предприятия, его перепрофилировании или переносе в другую местность.
Результаты мониторинга локального фона на стадии проектирования и строительства также могут привести к необходимости улучшения, совершенствования проекта, изменению места строительства или даже к его запрету по экологическим соображениям.
Для правильной организации локального мониторинга необходимо определить наиболее чувствительное к ожидаемому или уже существующему набору загрязнителей звено экосистемы в данном районе или хотя бы ряд таких предполагаемых критических звеньев в окружающей среде и биоте. Часто выявление одного наиболее чувствительного звена является весьма сложной задачей, которая не может быть решена однозначно.
При планировании и проведении локального мониторинга необходимо учитывать не только распространение загрязнителей из местных источников, но и поступление их извне за счет глобального и регионального переноса, что существенно также и при определении ПДВ и допустимой нагрузки на окружающую среду.
Предметом регионального мониторинга, как следует из самого его названия, является исследование состояния окружающей среды в пределах того или иного региона. Региональный мониторинг — система наблюдений на региональном уровне за изменениями окружающей среды в процессе природопользования, особенно в интенсивно осваиваемых районах (его часто называют хозяйственным).
Региональный мониторинг осуществляют работники гидрометеорологической, гидрохимической, агрохимической, лесоустроительной, сейсмологической и других служб. Объектами мониторинга служат исчезающие виды растений и животных, агро- и природные экосистемы. Характеризующими показателями регионального мониторинга являются — радиационный баланс, тепловой перегрев, глобальные балансы СО2 и О2 загрязнение атмосферы, больших рек и водоемов, загрязнения почв, функциональная структура природных экосистем и ее нарушения, популяционное состояние растений и животных, урожайность сельскохозяйственных культур.