Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга.

Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга.

Под мониторингом понимается программа целенаправленных наблюдений за состоянием природной среды. Он включает наблюдение, оценку и прогноз антропогенных изменений, выявление источников воздействий и причин этих изменений.

Экологический мониторинг - это есть определённая система наблюдения, оценки, прогноза состояния окружающей природной среды и информационного обеспечения процесса подготовки принятия управленческих решений. Мониторинг - это часть системы управления природопользованием. Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга:

1. Моделирование

2. Непрерывные наблюдения и измерения - непрерывный контроль;

3. Принятие решений.

Моделирование. Оно бывает трёх видов:

1. Аналитическое моделирование - представление природных и технических систем с помощью структур математического анализа (функций, дифференциальных уравнений).

2. Алгоритмическое моделирование или машинное моделирование. Имитационное моделирование объединяет аналитическое и алгоритмическое моделирование.

3. Аналоговое моделирование. Математическое описание объектов разной природы может быть одинаково.

 

 

Цели и задачи экологического мониторинга.

экологический мониторинг — информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

1) о состоянии окружающей среды;

2) о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.e., об источниках и факторах воздействия);

3) о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

4) о существующих резервах биосферы.

Таким образом, в систему мониторинга входят следующие основные процедуры:

1) выделение (определение) объекта наблюдения;

2) обследование выделенного объекта наблюдения;

3) составление информационной модели для объекта наблюдения;

4) планирование измерений;

5) оценка состояния объекта наблюдения и идентификации его информационной модели;

6) прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

7) представление информации в удобной для пользователя форме и доведение ее до потребителя.

Основные задачи экологического мониторинга:

1) наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

2) наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

3) наблюдение за состоянием природной седы и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

4) оценка фактического состояния природной среды;

прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

 

 

Классификация видов мониторинга.

Существует классификация систем мониторинга по факторам, источникам и масштабам воздействия.

Мониторинг факторов воздействия – мониторинг различных химических загрязнителей и разнообразных биологических и физических факторов воздействия.

Мониторинг источников воздействия – мониторинг точечных стационарных источников, точечных подвижных, пространственных источников.

По масштабам воздействия мониторинг бывает пространственным и временным.

По характеру обобщения информации различают следующие системы мониторинга:

Глобальный – слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли, включая все ее экологические компоненты, и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях;

Фоновый (базовый) – слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний;

Национальный – мониторинг в масштабах страны;

Региональный – слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут раличаться и по природному характеру, и по антропогенному воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы;

Локальный – мониторинг воздействия конкретного антропогенного источника;

Импактный – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах.

По методам наблюдения:

Химический мониторинг – это система наблюдений за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений, растительности, животных и контроль за динамикой распространения химических загрязняющих веществ.

Физический мониторинг – система наблюдений за влиянием физических процессов и явлений на окружающую среду.

Биологический мониторинг – мониторинг, осуществляемый с помощью биоиндикаторов.

Экобиохимический мониторинг – мониторинг, базирующий на оценке двух составляющих окружающей среды (химической и биологической).

Дистанционный мониторинг – в основном авиационный, космический мониторинг с применением летательных аппаратов, оснащенных радиометрической аппаратурой, способной осуществлять активное зондирование изучаемых объектов и регистрацию опытных данных.

Комплексный экологический мониторинг окружающей среды – это организация системы наблюдений за состоянием объектов окружающей природной среды для оценки их фактического уровня загрязнения и предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей и других живых организмов.

 

 

 

Государственная система мониторинга окружающей среды. Цели и задачи ЕГСЭМ.

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.

Формируемая ЕГСЭМ включает в себя следующие компоненты:

1) мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду,

2) мониторинг загрязнения абиотического компонента природной среды,

3) мониторинг биотического компонента окружающей природной среды,

4) социально – гигиенический мониторинг,

5) обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.

ЕГСЭМ в настоящее время решает следующие задачи:

1) разработка программ наблюдения за состоянием окружающей природной среды на территории России, в ее отдельных регионах и районах,

2) организация наблюдений и проведение измерений показателей объектов экологического мониторинга,

3) обеспечение достоверности и сопоставление результатов наблюдений как в отдельных районах, так и по всей территории России,

4) сбор и обработка результатов наблюдений,

5) организация хранения результатов наблюдений, ведение специальных банков данных,

6) оценка и прогноз состояния объектов окружающей природной среды и антропогенных воздействий на них, состояния природных ресурсов, откликов экосистем и показателей здоровья населения на изменения в окружающей природной среде,

7) организация и проведение оперативного контроля, измерений радиоактивного и химического загрязнения ОС, образовавшегося в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование обстановки и оценка нанесенного природе ущерба,

8) обеспечение доступности экологической информации широкому кругу потребителей, включая население, общественные движения и организации,

9) информационное обеспечение органов управления информацией о состоянии окружающей природной среды, качестве и количестве природных ресурсов и показателях экологической безопасности,

10) разработка и реализация единой научно – технической политики в области экологического мониторинга.

 

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения

Воды.

К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ и гидробиологический индекс сапробности S.

Индекс загрязнения воды, как правило, рассчитывают по шести показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК₅) является обязательной, где ИЗВ является типичным аддитивным коэффициентом и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов:

 

где: C_i – концентрация компонента (в ряде случаев – значение физико-химического параметра); n – число показателей, используемых для расчета индекса, n = 6; ПДК _i – установленная величина норматива для соответствующего типа водного объекта.

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Воды	Значения ИЗВ	Классы качества вод
Очень чистые	до 0,2	I
Чистые	0,2–1,0	II
Умеренно загрязненные	1,0–2,0	III
Загрязненные	2,0–4,0	IV
Грязные	4,0–6,0	V
Очень грязные	6,0–10,0	VI
Чрезвычайно грязные	>10,0	VII

 

Региональный мониторинг.

Региональный – слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут раличаться и по природному характеру, и по антропогенному воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы

Задачами экологического мониторинга на региональном уровне являются:

- контроль за фоновыми загрязнениями;

- наблюдение, оценка, прогноз трансграничных переносов вредный веществ;

- формирование распределённой базы данных об экологической обстановке в регионе.

 

Импактный мониторинг

Импактный – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах. Состав и уровни концентраций в значительной мере (но не полностью) определяются технологиями производств, создающих загрязнение. В данном случае физико-химические процессы в окру­жающей среде и метеорологические условия начинают играть суще­ственную роль в создании наблюдаемых уровней концентраций 3В. Последние иногда превышают ПДКсс в десятки раз. Наблюдается тесная связь между расположением источников, их характеристика­ми, направлением и скоростью ветра и полями концентраций 3В. Наблюдения осуществляются на стационарных, передвижных и подфакельных постах. Стационарные посты оборудованы метеоро­логической аппаратурой и приборами для контроля за 3-4 приори­тетными веществами. Передвижные посты - лаборатории на коле­сах, служащие для уточнения мест расположения стационарных по­стов. Такое уточнение требуется в связи с динамичностью хозяйст­венной деятельности и изменениями характера застройки. Подфакельные посты следят за распространением выбросов из заводских труб, сообщая о случаях критических ситуаций особенно в условиях НМУ. Такие службы также снабжены передвижными лаборатория­ми.

Отбор проб воздуха

Универсального способа пробоотбора, позволяющего одновременно улавливать из воздуха все загрязняющие вещества, не существует. Оптимальный объем воздуха V, необходимый для определения токсической примеси с заданной точностью, можно просчитать по следующей формуле:V = a × V₀ / V_п× К × С,

где а – нижний предел обнаружения в анализируемом объеме пробы, мкг; V₀ – общий объем пробы, мл; V_п – объем пробы, взятой для анализа, мл; С – предельно допустимая концентрация, мг/м³; К – коэффициент, соответствующий долям ПДК (1/2, 1 ПДК и т.д.).

Отбор проб в жидкие среды Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кислоты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость пропускания воздуха может меняться в широких пределах – от 0,1 до 100 л/мин.

Отбор проб в контейнеры.Этот метод рекомендуется для летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также при использовании для анализа метода газовой хроматографии, обладающего достаточно высокой чувствительностью. Для отбора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли.

Концентрирование на фильтрах.Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодисперсных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентрируют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, состоящие из волокнистого фильтрующего материала, импрегнированного тонкодисперсным активным углем.

 

Отбор проб воды

Чаще всего на водоеме отбираются так называемые разовые пробы. Однако при обследовании водоема может возникнуть необходимость отбора и серий периодических и регулярных проб — из поверхностного, глубинного, придонного слоев вод и т.д. Пробы могут быть отобраны также из подземных источников, водопровода и т.п. Усредненные данные о составе вод дают смешанные пробы.

Репрезентативной (от англ. representative – представительный, показательный) считается такая проба, которая в максимальной степени характеризует качество воды по данному показателю, является типичной и не искаженной вследствие концентрационных и других факторов. Пробы влажных осадков (дождя и снега) чрезвычайно чувствительны к загрязнениям, которые могут возникнуть при использовании недостаточно чистой посуды, попадании инородных (не атмосферного происхождения) частиц и др.

Пробы грунтовых вод отбирают для определения пригодности грунтовых вод в качестве источника питьевой воды, а также для технических или сельскохозяйственных целей; для определения влияния на качество грунтовых вод потенциально опасных хозяйственных объектов; при проведении мониторинга загрязнителей грунтовых вод.

Пробы воды из водопроводных сетей отбирают в целях определения общего уровня качества водопроводной воды, поиска причин загрязнения распределительной системы, контроля степени возможного загрязнения питьевой воды продуктами коррозии и др.

Отбор проб почвы

Точечные пробы отбирают методом конверта по диагонали или другим способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков.

Метод конверта является наиболее распространенным способом отбора смешанных почвенных образцов и чаше всего применяются для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого элементарного участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до 5 – 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см., что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно – распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелые металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0,5 и 20 см массой до 0,2 кг. При оценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (нитрозоамины) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля в герметично закрывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа на месте пробы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.

Специфической процедурой является отбор проб с твердых, гладких и не сорбирующих поверхностей (глина, стекло, кафель, пластмасса, металл, лакокрасочные покрытия и др.). Для этой цели применяют ватно – марлевые или ватные тампоны, смоченные водой или органическим растворителем. Иногда берут мазки или смывы со стен, полов, окон производственных помещений (с площади примерно 0,5 м²), а с поверхности зданий соскабливают внешний слой покрытия толщиной 1 – 2 мм с площади 0,1 – 0,25 м².

 

 

Подготовка проб к анализу в лаборатории

1) Выпаривание

выпаривание воды из проб – самый простой способ концентрирования и вполне доступный. Так легко можно увеличить концентрации растворенных веществ в 10 – 100 раз.

2) Отгонка микрокомпонента

Этим методом концентрируют летучие вещества (аммиак, летучие фенолы, летучие кислоты и др.), а также те определяемые компоненты, которые можно превратить в летучие вещества (например, фтор в виде SiF₄, цианиды в виде HCN). При отгонке следует учитывать возможность разложения отгоняемого соединения и нередко неполноту его отгонки.

3) Соосаждение

Один из самых эффективных методов концентрирования при определении неорганических веществ.

4) Экстракция

Экстракция органических веществ растворителями наиболее распространенный метод концентрирования при анализе вод.

5) Сорбция

Ранее в качестве сорбента использовали исключительно активный уголь.

6) Вымораживание

Концентрирование примесей вымораживанием основано на том, что при замерзании части водного раствора растворенные компоненты остаются в жидкой форме. Этот метод пригоден для концентрирования веществ, обладающих достаточной растворимостью в воде при низких температурах, и в особенности гидрофильных веществ, трудно извлекаемых из воды другими методами.

6) Вымораживание

Концентрирование примесей вымораживанием основано на том, что при замерзании части водного раствора растворенные компоненты остаются в жидкой форме. Этот метод пригоден для концентрирования веществ, обладающих достаточной растворимостью в воде при низких температурах, и в особенности гидрофильных веществ, трудно извлекаемых из воды другими методами.

 

Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга.

Под мониторингом понимается программа целенаправленных наблюдений за состоянием природной среды. Он включает наблюдение, оценку и прогноз антропогенных изменений, выявление источников воздействий и причин этих изменений.

Экологический мониторинг - это есть определённая система наблюдения, оценки, прогноза состояния окружающей природной среды и информационного обеспечения процесса подготовки принятия управленческих решений. Мониторинг - это часть системы управления природопользованием. Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга:

1. Моделирование

2. Непрерывные наблюдения и измерения - непрерывный контроль;

3. Принятие решений.

Моделирование. Оно бывает трёх видов:

1. Аналитическое моделирование - представление природных и технических систем с помощью структур математического анализа (функций, дифференциальных уравнений).

2. Алгоритмическое моделирование или машинное моделирование. Имитационное моделирование объединяет аналитическое и алгоритмическое моделирование.

3. Аналоговое моделирование. Математическое описание объектов разной природы может быть одинаково.