Экологический мониторинг сети автомобильных дорог

Необходимость глобального мониторинга окружающей среды стала явной к середине ХХ века. Развитие энергетики, промышленности и транспорта выявило степень их воздействия на среду обитания. Постепенно переходя от мониторинга отдельных предприятий к мониторингу в пределах государства, человечество вплотную подошло к решению этой проблемы в глобальном, мировом масштабе. На этом этапе для каждого государства стала необходима собственная система мониторинга, разработанная в соответствии с международными стандартами.

Мониторинг – система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды для предупреждения о возможных критических ситуациях, вредных и опасных для здоровья людей, других живых существ, их сообществ, природных и антропогенных объектов.

Его целью является определение баланса в системе «нейтрализующая способность природы – антропогенное воздействие». Поэтому мониторинг направлен, прежде всего, на различные виды воздействия человека на природу – антропогенный мониторинг и одновременно осуществляется наблюдение за естественной, малоизмененной природой, так называемый энвероментальный или фоновый мониторинг. В нашей стране станция фонового мониторинга создана на базе Березинского заповедника. В районах расположения базовых станций фонового мониторинга предполагается полное исключение антропогенного воздействия в ближайшие 50…100 лет.

Антропогенный мониторинг в зависимости от масштаба исследований подразделяют на:

1. объектный – наблюдение за функционированием отдельного объекта;

2. локальный – анализ комплекса связанных между собой объектов;

3. региональный – учет различных факторов воздействия на окружающую среду в рассматриваемом регионе;

4. общегосударственный – комплексная оценка в государственном масштабе воздействия различных факторов на окружающую среду;

5. глобальный – оценка воздействий в мировом масштабе.

В зависимости от объекта исследования мониторинг подразделяется на следующие виды. Биохимический (санитарно-гигиенический) мониторинг – наблюдение за состоянием окружающей среды с точки зрения ее влияния на человека (техногенные загрязнения).

Геоэкологический (геосистемный, природохозяйственный) мониторинг – наблюдение за изменением главных геосистем, составляющих окружающую их среду, а также за преобразованием их в природно-технические системы.

Биосферный мониторинг – обеспечение наблюдения, контроля, прогнозирования возможных изменений уже не в регионе, а в глобальном масштабе.

Можно разделить иначе: геофизический мониторинг, биологический мониторинг.

Геофизический – наблюдение за реакцией слоев атмосферы, гидросферы, педосферы.

Биологический мониторинг – определение биотического состояния биосферы, ее реакции на антропогенное воздействие. Или наблюдение за состоянием биосферы с помощью биологических индикаторов.

Мониторинг включает:

• наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;
• оценку фактического состояния природной среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.

Средства проведения мониторинга так же разнообразны, как и виды самого мониторинга. По основным признакам их можно разделить на дистанционные и непосредственные, стационарные и передвижные. По основному принципу их устройства различают средства радиолюминесцентной спектроскопии, хромотографии, масс-сектрометрии и т. д.

Постепенно переходя от мониторинга отдельных предприятий к мониторингу в пределах государства, человечество приступило к решению этой проблемы в глобальном, мировом масштабе. Мониторинг закрепился в качестве основного инструмента экологических исследований.

Для обеспечения эффективности глобального мониторинга выработана единая система измерений и методов: международные стандарты по контролю выбросов – ISO – 14000.

Наше государство не остается в стороне от этих процессов. Только за последние годы у нас принято несколько важнейших законов по охране окружающей среды. В соответствии с требованиями «Концепции национальной стратегии устойчивого развития Республики Беларусь» поэтапно ожесточаются требования к качеству экологической экспертизы проектов, предусматривается создание Национальной системы мониторинга окружающей среды (НСМОС), разработка новых методик для комплексной оценки экологических ситуаций и создание соответствующих диагностических центров.

К созданию НСМОС привлекаются ведущие специалисты в области экологии. Общее руководство осуществляется Межведомственным координационным советом при Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Комплексная структура мониторинга включает в себя 13 подвидов, в зависимости от объекта исследования и средств проведения мониторинга. Основной целью этого проекта является возможность обеспечения всех заинтересованных лиц достоверной экологической информацией для принятия оперативных решений. Структура национального мониторинга в развернутом виде представлена на рис. 11.

Этот проект призван решить следующие задачи:

• представление полного объема информации о состоянии окружающей среды по контролируемым показателям;
• объединение локальных информационных систем в общую автоматизированную систему сбора и хранения информации;

• предоставление возможности оперативной оценки состояния окружающей среды и составление прогнозов;

• подготовка периодической информации, доступной широкой массе населения.

Система национального мониторинга базируется на следующих принципах:

• создание постоянно действующей сети опорных наблюдательных пунктов;
• проведение наблюдений согласно установленным приоритетам контрольных показателей;
• унификация методологии и метрологии в целях повышения качества получаемой информации.

Рис. 11. Структурная организация Национальной системы мониторинга

Окружающей среды

Для реализации каждого вида мониторинга предусматривается наличие конкретной задачи или группы задач и головной организации. Эта информация представлена в виде табл. 7.

Реализация поэтапного ввода системы национального мониторинга предусматривается в период 1995-2005 гг.

Аналитический контроль подответственнен различным ведомствам Минприроды, Госкомгидромета, Минсельхозпрода и др. Значительная часть анализов выполняется природопользователями в рамках производственного контроля. В Республике Беларусь аналитический контроль объектов окружающей среды осуществляют 6 отделов аналитического контроля областных и Минского городского комитетов природных ресурсов и охраны окружающей среды, 14 территориальных экологических и 238 ведомственных лабораторий. Ими контролируется:

· сброс сточных вод в поверхностные водоемы;

· работа очистных сооружений городов и предприятий;

· источники выбросов загрязняющих веществ атмосферу и т.д.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха в системе гидрометеослужбы проводится с 1965 г. В настоящее время он организован на стационарных постах в 14 городах республики, завершаются работы по организации систем локального мониторинга атмосферы в Речице и Новогрудке.

Кроме того, производится экспедиционное наблюдение за уровнем загрязнения атмосферы в 16 городах республики.

Таблица 7. Организационная структура национального мониторинга

Вид мониторинга	Головная организация	Основные направления
Медицинский мониторинг	Минздрав РБ	Установление особенностей проявления влияния качества окружающей среды на здоровье населения
Мониторинг атмосферного воздуха	Комитет по гидрометеорологии	Наблюдение за загрязнением атмосферного воздуха, в городских условиях, химическим составом атмосферных осадков и аэрозолей
Мониторинг гидросферы: поверхностных вод, подземных вод	Комитет по гидрометеорологии, Белорусский научно-исследовательский геолого-разведочный институт	Контроль гидрохимических, гидробиологических и гидрологических показателей. Снятие данных об уровневом и температурном режиме.
Мониторинг земель	Комитет по земельным ресурсам, БелНИИПА, Комитет по гидрометеорологии	Мониторинг земельного фонда, агропочвенный мониторинг, мониторинг агротехногенного загрязнения почв
Мониторинг общего содержания атмосферного озона	Комитет по гидрометеорологии	Контроль общего содержания озона, вертикальное его распределение, наличие биологически активного ультрафиолетового излучения
Сейсмический мониторинг	ИГН НАНБ	Контроль за фазами антропогенного шума, сейсмических волн, геомагнитным индексом, К-индексом, магнитными бурями
Мониторинг физических явлений	БелНИСГИ	Наблюдение за уровнями шума, вибрации, инфразвука, электромагнитными полями
Радиационный мониторинг	Комитет по гидрометеорологии	Наблюдение за уровнем радиационного фона атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы, объектов жилищного и коммунального хозяйства
Комплексный экологический мониторинг	Минприроды РБ	Изучение закономерностей миграции, трансформации и аккумуляции загрязняющих веществ в биологической и абиотической сферах
Мониторинг растительности	Институт экспериментальной ботаники НАНБ и ПО «Белгослес»	Комплекс независимых блоков, дающих возможность оценить тенденции «жизненного цикла» зеленой массы РБ
Мониторинг животного мира	Институт зоологии НАНБ	Аналогично мониторингу растительного мира
Мониторинг чрезвычайных ситуаций	Министерство по чрезвычайным ситуациям	Наблюдение и действия в режиме повышенной готовности на территориях возможного или произошедшего загрязнения окружающей среды
Локальный мониторинг	Минприроды	Наблюдение в санитарной зоне, в зоне непосредственного влияния источника загрязнения

При мониторинге атмосферного воздуха изучаются источники загрязнения, исследуются химические и фотохимические превращения загрязняющих воздух веществ, выявляются наиболее токсичные вещества, изучается распространение загрязняющих веществ в атмосфере с воздушными потоками, ведется отбор проб и анализ загрязнителей. Кроме наблюдения непосредственно за уровнем загрязнения атмосферы, используются также косвенные методы – отбор проб атмосферных осадков. Результат анализа химического состава осадков позволяет не только оценить вклад локальных источников выбросов примесей, но и перенос этих примесей с воздушными массами.

Мониторинг состояния поверхностных вод Беларуси в настоящее время проводится в 93 пунктах на 146 створах. Регулярными наблюдениями охвачено 58 рек, 10 озер, 5 водохранилищ.

Изучение загрязнения воды – одна из глобальных проблем химии окружающей среды. Вода – уникальный растворитель, поэтому загрязняющие вещества, попадающие в воду, ведут себя по-разному.

Почва – эффективный поглотитель многих химических веществ, также является объектом контроля загрязнения.

Гидрометеослужбой Республики Беларусь проводятся систематические наблюдения за загрязнением почв пестицидами и токсинами промышленного производства.

Особенности мониторинга в зоне дорожно-транспортного комплекса обуславливаются следующими причинами:

· протяженностью исследуемого объекта;

· наличием большого числа вредных воздействий;

· сложной динамикой выбросов;

· постоянным наращиванием объема.

На окружающую среду автомобильные дороги воздействуют непосредственно как инженерные сооружения, как место передвижения транспорта и как объект строительства и ремонта.

Угрожающая экологическая ситуация на автомобильных дорогах с середины 70-х годов стала привлекать внимание государственных и международных организаций. В 1975 г. на Всемирном дорожном конгрессе впервые была создана секция дорожной экологии. В 1985 г. страны ЕС ввели обязательную оценку на предпроектной стадии по типовому перечню объектов воздействия: земля, воздух, вода, растительный и животный мир, население, землепользование, транспорт, особые объекты, эстетика ландшафта. Наиболее современные методики интегральной оценки экологических ситуаций на дорогах с использованием коэффициентов представлены в работах И. Е. Евгеньева.

Взаимодействия дорожно-транспортного комплекса разнообразны по интенсивности, природе и степени воздействия на все части биосистемы (рис. 12).

Рис. 12. Взаимосвязь источников и объектов взаимодействий автодорожного комплекса

И окружающей среды

Организация локального мониторинга предполагает двухуровневый характер:

I уровень базируется на максимальном использовании средств и возможностей существующей сети ведомственных и заводских лабораторий аналитического контроля, городских пунктов локального контроля Комгидромета;

II уровень предусматривает создание территориальных центров локального мониторинга с ориентацией на комплексное наблюдение за состоянием природной среды территорий в пределах влияния крупных источников техногенного загрязнения.

Такое построение локального мониторинга позволяет собрать единое информационно-диагностическое пространство и обеспечить необходимой оперативной информацией административные и хозяйственные органы. Размещение пунктов локального мониторинга жестко не регламентируется. Это могут быть постоянные или временные сети наблюдения.

Мониторинг дорожно-транспортного комплекса целесообразно проводить по наиболее влияющим на физиологию человека и среду его обитания факторы:

· выбросу отравляющих веществ с отравляющими газами;

· шумовому загрязнению;

· вибрационному воздействию;

· пылевому загрязнению.

Контролируемые параметры должны определяться в «точ­ках контроля» на сети автомобильных дорог. Специалисты реко­мендуют использовать для экологического мониторинга сети ав­томобильных дорог передвижные лаборатории и опорные дорожно-экологические пункты.

Передвижные лаборатории представляют собой комплекс контрольно-измерительной аппаратуры, размещенный на борту автомобиля, позволяющий осуществлять регулярное и подфакельное (т.е. в местах предполагаемых или фактических серьез­ных превышений экологических показателей) снятие данных.

Под опорным дорожно-экологическим пунктом (ОДЭП) под­разумевается специально оборудованное помещение, снабженное аппаратурой для снятия контрольных показателей в стационар­ных условиях, непосредственной передачи их в специализирован­ные компьютерные базы данных.

Создание дорожно-экологических пунктов различных уров­ней не подразумевает реальное строительство. Согласно ориента­ции системы национального мониторинга, предполагается максимально использовать для этих целей экологические лаборатории различных предприятий и существующих лабораторий Гидроме­та, Минздрава и других организаций, исторически занимающихся сбором информации экологической направленности.

Например, стационарные посты (СП) контроля загазованно­сти атмосферного воздуха. Предназначены для автоматического контроля оксидов углерода и азота, диоксидов азота и серы, сум­мы оксидов азота, аммиака, диоксида серы, озона, формальдеги­да, суммы органических веществ, исключая метан, в атмосферном воздухе санитарно-защитной зоны промышленных предприятий и населенных пунктов (табл. 8).

Таблица 8. Перечень веществ, контролируемых в атмосферном воздухе

Измеряемый компонент, метод измерения	Диапазон измерения, мг/м3	Погрешность измерения,%
NO/NO2/NOx Хемилюминесцентный	0…0,2; 0…5; 0..10,0 в пересчете наO2
NO2 Фотоколориметрический	0…0,25
NH2 Фотоколориметрический	0…1,0; 0..20,0
SO2 Фотоколориметрический	0…0,5; 0…2,0
O3 Фотоколориметрический	0,005…0,5; 0,05…1,0
H2S Фотоколориметрический	0,005…1,0; 1,0…20
CH2 Фотоколориметрический	0,01…0,5; 0,5…5,0
CO Электрохимический	0…20

Измерения производятся газоанализаторами, базирующими­ся на плазменно-ионизационном, хемилюминесцентном, электро­химическом и фотоколориметрическом методах. Предусмотрен автоматический отбор и консервирование проб для последующего анализа конкретных органических веществ на хроматографе.

Размещается СП в цельнометаллическом теплоизолирован­ном павильоне с системой кондиционирования и обогрева, обеспе­чивающей поддержание нормальных климатических условий, имеет систему энергосбережения, подключаемую к стационарному или автоматическому источнику электроэнергии.

Функции СП: сигнализация о превышении ПДК; сохране­ние и выдача информации за последние 72 часа работы; микро­процессорное управление; автоматическая калибровка; возмож­ность работы с модемом и радиомодемом.

Для сбора проб веществ в газо- и парообразном состоя­нии чаще используются жидкостные поглотительные приборы: U-образный прибор с пористой стеклянной пластинкой и прибор Рихтера.

U-образный поглотительный — прибор с впаянным в виде пластинки фильтром, который изготовлен из спекшейся массы стекла с порами, различными по размеру. Воздух разбивается на множество пузырьков, что обеспечивают большую поверхность соприкосновения с поглотительной средой.

Поглотительный прибор Рихтера состоит из стеклянного со­суда, внутри которого проходит цилиндрическая трубка с расши­рителями. Для отбора проб аэрозолей используются различные фильтрующие материалы: плотные бумажные, мембранные стекловолокнистые фильтры и др.

Для отбора проб воздуха на газовые примеси применяют приборы-электроаспираторы 822, ЭА-1А, ЭА-1. Это устройства, состоящие из 2 функциональных узлов: побудителя расхода воз­духа и расходомера.

В качестве побудителя расхода воздуха применяют пылесо­сы, ротационные воздуходувки, вихревые вентиляторы, а в каче­стве расходомеров — ротаметры и газовые счетчики.

Объем пробы (л) определяется как произведение скорости аспирации (л/мин) на время отбора пробы (мин), если в качестве расходомера в электроаспираторе используется ротаметр; или как разность начального и конечного отсчета (м³) при использовании газового счетчика.

При отборе проб атмосферных осадков предъявляются осо­бые требования, т.к. содержание растворенных веществ в осадках около миллиграмма на литр воды. Основными определяемы­ми компонентами являются: сульфаты, хлориды, нитраты и аммиак, металлы (Са, Мg, Ка, К), кислотность, электропрово­димость и рН.

Жидкие осадки собираются с помощью эмалированных во­ронок в полиэтиленовые колбы. На воронку надевают защитную крышку, препятствующую попаданию осадков, стекающих с внешней стороны воронки в колбу (рис. 13, а).

Сбор проб может быть суммарным, т.е. выпавшие осадки в течение месяца, и единичные — отдельные дожди и снегопады. Твердые и смешанные осадки собирают в эмалированные и пластмассовые кюветы 30x40 см, высотой 3-5 см.

В зимнее время суммарный сбор проб осуществляется в спе­циальной установке. При выпадении твердых осадков (снега) от­кидную дверцу ветровой защиты открывают и внутрь вставляют кювету для сбора осадков (рис 13, б). Для анализа лабораторных проб используют метод фотоколориметрии, атомно-адсорбционной спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентыый метод и метод газо­вой хроматографии.

Чаще пользуются фотоколориметрическим способом анализа для определения концентрации неорганических веществ и неко­торых органических. Этот способ включает химическое преобра­зование определенного вещества в окрашенное соединение и из­мерение оптической плотности его раствора.

Наличие большого количества достаточно избирательных химических реакций, простота, доступность и надежность тре­бующейся аппаратуры, высокая чувствительность и производительность делают этот метод особенно удобным для широкого ис­пользования при проведении серийных анализов проб.

В качестве основного метода определения концентрации ме­таллов в аэрозолях и осадках рекомендуется атомно-абсорбционная спектрофотометрия с пламенной и термической ионизацией пробы. Этот метод обладает достаточно высокой чув­ствительностью и позволяет определять большое число металлов.

Рис. 13. Установка для сбора атмосферных осадков в теплый (а) и холодный (б) периоды:

1 – стол; 2 – штатив; 3 – воронка; 4 – колба; 5 – ветровая защита в виде фанерного ящика;

6 – открытая дверка на петлях; 7 - кювета

Метод рентенофлуоресцентный с использованием полупро­водникового детектора предназначен только для централизован­ных лабораторий для определения концентраций мышьяка и се­лена.

Для определения большинства органических веществ вы­бран метод газовой хроматографии. Основное достоинство по сравнению с фотометрическим методом — возможность определе­ния из одной пробы нескольких веществ, но требуется сложная и дорогая аппаратура, высококвалифицированные специалисты; метод имеет небольшую производительность (1-3 пробы/ч).

Лекция №12. Технические и технологические аспекты охраны окружающей среды

в дорожной отрасли

Природоохранные требования при проектировании автомобильных дорог. Охрана природной среды при строительстве автомобильных дорог. Охрана природной среды при содержании и ремонте автомобильных дорог. Учет экологических требований при проектировании предприятий дорожной отрасли. Очистка газопылевых выбросов на асфальтобетонных заводах. Проектирование сооружений для очистки поверхностных и производственных сточных вод.