Экологический мониторинг

  - определение   задач  систем  мониторинга   качества  воды  и  требований  к

 информации, необходимой для их выполнения;

  - создание  организационной структуры сети  наблюдений и разработка принципов   их проведения;

  -построение  сети мониторинга;

  - разработка  системы получения данных/информации  и представления информации потребителям;

  - создание  системы проверки полученной информации на соответствие  исходным  требованиям и пересмотра, при необходимости, системы мониторинга.

      При проектировании систем  мониторинга   необходимо  помнить,  что  его  результаты в значительной степени  зависят  от  объема  и качества  исходной информации.  Она должна  включать  как можно более подробные данные. Кроме того, необходимо опираться на все законодательные акты, учитывать финансовые возможности,  общую физико-географическую  обстановку,   основные   способы управления и другие сведения.

     На  основании четко сформулированных  задач, а также  с  учетом  ранее

накопленных  данных,  должны  определяться  требования  к информации, включая  тип, форму и  сроки  ее  представления  потребителям.   На   первом  этапе проектирования должны быть выбраны основные статистические методы  обработки данных, так как от них в значительной  степени зависит частота и сроки наблюдений, а также требования к точности получаемых значений.

2.  Создание  организационной  структуры  сети   наблюдений   и   разработки

принципов их проведения. Это основной и наиболее сложный этап, на котором  с учетом  поставленных  задач  и  имеющегося  опыта  функционирования  системы мониторинга   определяются   структурные   основные    подразделения    сети наблюдений, в том числе центральное и  региональные  (и/или  проблемные),  с указанием их  основных  задач.   Предусматриваются   меры   по   соблюдению оптимального  соотношения между видами   наблюдательных   сетей,   включая наблюдения  на стационарных  пунктах,  действующих длительное   время   по относительно неизменной программе, региональные  краткосрочные  обследования

для выявления  пространственных аспектов  загрязнения,  а  также  интенсивные локальные  наблюдения в областях, представляющих наибольший интерес. На  этом этапе  решается  вопрос  о  целесообразности   и  масштабах   использования автоматизированных, дистанционных и других  подсистем мониторинга. На втором этапе разрабатываются также общие принципы  проведения наблюдений. Они могут представляться; в виде методических  рекомендации  или руководств по проведению ряда мероприятий:

     -организации   пространственных   аспектов   наблюдений   (выбор    мест

     расположения  пунктов контроля, их категория  в зависимости  от  важности  объекта  и  его  состояния;  определения  расположения   наблюдательных   створов, вертикалей, горизонтов и т. д.);

     -составлению  программы наблюдений (намечается, какие показатели, в какие сроки  и с какой частотой наблюдать,  при  этом  даются  рекомендации  по соотношению физических,  химических  и  биологических  показателей  для   типичных ситуаций);

     - организации системы контроля  правильности выполнения работ  и  точности  полученных результатов  на всех этапах. 

3. Построение  сети мониторинга. Данный этап  предусматривает  реализацию  на основе  предложенной  организационной  структуры  сети  разработанных  ранее принципов проведения наблюдений с учетом специфики  местных   (региональных) условий. Уточняется соотношение видов наблюдательных сетей,  устанавливаются места  расположения  пунктов  в  стационарной   сети,   выделяются   области интенсивных наблюдений,  намечается   периодичность   обследования   водных объектов  для возможного  пересмотра  наблюдательной   сети.   Составляются конкретные программы для каждого пункта и вида наблюдений,  регламентирующие перечень изучаемых показателей, частоту и сроки их наблюдения.  При  наличии

автоматизированных  и/или  дистанционных  наблюдений   за   качеством   воды уточняются программы их работ.

4.  Разработка  системы  получения  данных!   информации   и   представления информации   потребителям.   На   этом   этапе: 

-    определяются    особенности иерархической структуры  получения и сбора информации:  пункты  наблюдений  - региональные  информационные центры - общенациональный  информационный  центр.

-  Планируется разработка банков, и определяются  виды и условия представления информационных  услуг,  выполняемых с их  помощью.

-  Дается детальная  характеристика основных информационных  форм, публикуемых  в виде докладов, отчетов, обзоров и описывающих   состояние  качества  воды  на территории страны за определенный период  времени. 

-  Предусматриваются   также процедуры контроля точности  и правильности получения данных  на  всех  этапах работ.

5. Создание системы  проверки полученной информации  на соответствие  исходным требованиям и пересмотра,  при  необходимости,  системы  мониторинга.  После создания  системы  мониторинга  и  начала  ее  функционирования   появляется необходимость  проверить,  отвечает  ли   полученная   информация   исходным требованиям к ней, можно ли на основе этой информации  эффективно  управлять качеством объектов? Для этого необходимо  наладить  взаимодействие  с организациями, осуществляющими управлением качества.  Если  получаемая информация  соответствует   предъявляемым   к   ней   требованиям,   систему мониторинга можно оставить без изменений. В случае если  эти  требования  не выполняются,  а  также  при  появлении  новых  задач   система   мониторинга нуждается в пересмотре. 

10. Принципы комплексной характеристики состояния загрязнения природной среды.

Комплексная характеристика состояния загрязнения исходит  из концепции всестороннего анализа  окружающей среды. Главным и обязательным условием этой концепции является рассмотрение всех 
основных сторон взаимодействий и связей в природной среде и учет всех аспектов загрязнения природных объектов, а также поведения загрязняющих веществ (ЗВ) и проявления их воздействия. При комплексной характеристике загрязнений ЗВ отслеживаются во всех средах, при этом большое значение придается изучению накопления (аккумуляции) того или иного ЗВ в природных объектах или определенных ландшафтах, его переходу (транслокации) из одной природной среды в другую и вызываемых под его воздействием изменений (эффектов). Проводимые комплексные исследования загрязнений призваны определить источник загрязнения, оценить его мощность и время воздействия и найти пути оздоровления среды. Подход, учитывающий перечисленные требования, принято считать комплексным.

В связи с этим, выделяют 4 основных принципа комплексности: 
1. Интегральность (наблюдения за суммарными показателями). 
2. Многосредность (наблюдения в основных природных средах). 
3. Системность (воссоздание биохимических циклов загрязняющих веществ). 
4. Многокомпонентность (анализ различных видов загрязняющих веществ).

5. Унификации методов анализа и контролю и обеспечению качества данных.

При организации  долговременного мониторинга особое внимание уделяется пятому принципу - унификации методов анализа и  контролю и обеспечению качества данных. Далее мы подробно охарактеризуем каждый из этих принципов. 
Следует обратить внимание, что при проведении комплексного исследования используются не только чисто экологические знания и методы, но также знания и методы географии, геофизики, аналитической химии, программирования и др. 

 
11. Принципы Интегральной характеристики состояния загрязнения природной среды.

Особенность интегрального  подхода заключается в использовании  для определения наличия загрязнений  признаков реакций различных  природных объектов и биоиндикаторов.

   Попадая в незнакомую местность, наблюдательный человек, а особенно натуралист, может по косвенным чертам определить состояние загрязнения в данной местности. Неестественный запах, задымленность горизонта, серый февральский снег, радужная пленка на поверхности водоема и многие другие черты подскажут наблюдателю повышенное промышленное загрязнение местности. В приведенном примере индикаторами состояния загрязнения местности являются неживые (абиотические) объекты - приземный воздух, поверхность снежного покрова и водоема. Наиболее широко в качестве абиотического индикатора промышленного загрязнения территории используется снеговой покров и метод его изучения - снегомерная съемка (этому методу будет посвящено одно из методических пособий данной серии). 
При использовании интегрального подхода особое внимание уделяется состоянию живых организмов.

Так, известно, что  к загрязнению воздуха в нашей  полосе наиболее уязвимой оказывается  сосна. При высоком уровне загрязнения  воздуха окислами серы, азота и  другими токсичными соединениями наблюдается общее осветление окраски хвои, суховершинность, пожелтение краёв хвоинок. В подлеске засыхает можжевельник. Через несколько часов после кислотного дождя края листьев берёзы желтеют, листья покрываются серо-жёлтым налётом ил крапинками. При обилии окислов азота в воздухе на стволах деревьев бурно развиваются водоросли, при этом исчезают эпифитные кустистые лишайники и т.д. Наличие широкопалых раков в водоёме свидетельствует о высокой чистоте воды. 
Метод использования живых организмов в качестве индикаторов, сигнализирующих о состоянии природной среды, называется биоиндикацией, а сам живой организм, за состоянием которого проводятся наблюдения, называют биоиндикатором. Использование биоиндикаторов основано на реакции любого биологического организма на отрицательное воздействие. При этом, набор реакций на множественное, интегральное, отрицательное воздействие окружающей среды, как правило, весьма ограничен. Организм либо погибает, либо покидает (если может) данную местность, либо влачит жалкое существование, что можно определить визуально или с использованием различных тестов и серии специальных наблюдений (методикам биоиндикации посвящены несколько пособий данной серии).

При этом зачастую, бывает совершенно неясно, какое конкретно  вещество было причиной того или иного эффекта и делать выводы о прямой зависимости между видом-индикатором и загрязняющим веществом нельзя. Особенность интегрального подхода заключается именно в том, что тот или иной объект-индикатор только сигнализирует нам, что в данной местности что-то не в порядке. Использование биоиндикаторов для характеристики состояния загрязнения позволяет эффективно (т.е. быстро и дешево) определять наличие общего, интегрального воздействия загрязнения на среду и составлять лишь предварительные представления о химической природе загрязнения.  

12. Многосредность.

  При проведении мониторинговых исследований важен охват всех основных природных сред: атмосферы, гидросферы, литосферы (главным образом почвенного покрова - педосферы), а также биоты. Для анализа миграций ЗВ, определения мест их локализации и аккумуляции и определения лимитирующей среды необходимо проведение измерений в объектах основных природных сред. 
   Особенно важно определить лимитирующую среду, то есть среду, загрязнение которой определяет загрязнение всех других сред и природных объектов. Также весьма важно определить пути миграции ЗВ и возможности и коэффициенты перехода (транслокации) ЗВ из одной среды (или объекта) в другую. Этим занимается наука геофизика.

Основные среды (объекты), которые должны быть охвачены при проведении комплексного исследования: воздух, почва (как часть литосферы), поверхностные воды и биота. Загрязнение каждой из этих сред характеризуется по результатам анализов ЗВ в различных объектах в пределах этих сред, выбор которых имеет важное значение для получаемых результатов и выводов.

А) Атмосфера. 
Основным объектом, по которому характеризуется загрязнение атмосферы является приземный слой воздуха. Пробы воздуха для анализа отбираются на уровне 1,5 - 2 м от поверхности земли. Отбор пробы воздуха заключается, обычно в его прокачивании через фильтры, сорбент (связующее вещество) или измерительное устройство. Опосредованно о качестве воздуха можно судить по загрязнению атмосферных осадков (главным образом - снега и дождя). Осадки отбирают, используя большие воронки, специальные осадкосборники или просто тазы, лишь в момент их выпадения и в точке отбора проб воздуха. Иногда для характеристики загрязнения воздуха используют пробы сухих выпадений, т.е. твердых частиц пыли, постоянно осаждающихся на подстилающую поверхность.

Б) Поверхностные воды. 
Основными объектами исследования являются малые (местные) реки и озера. 
Особое внимание при отборе проб требуется обратить на то, что отбор воды должен проводится на 15 - 30 см ниже зеркала воды. Это связано с тем, что поверхностная пленка представляет собой граничную среду между воздухом и водой и концентрации большинства ЗВ в ней в 10-100 и более раз выше, чем в самой толще воды. О загрязнении непроточных водоемов можно судить по донным отложениям. При отборе проб важно учитывать сезон, в который происходит отбор. Различают 4 основных сезонных периода: зимняя и летняя межени (минимальный уровень) и весенний и осенний паводки (максимальный уровень). Для мелких рек и ручьев выделяют также дождевые паводки, характеризующиеся повышением уровня воды в течении нескольких часов или дней после дождя, что играет заметную роль в смыве ЗВ с окружающих территорий. Состояние уровня воды в водоемах важно учитывать в связи с тем, что по тому, в какой период концентрация ЗВ в воде выше, можно судить об его источнике. Если концентрация в межень выше, чем в паводок или практически не изменяется, значит ЗВ в водоток поступают с грунтовыми и подземными водами, если же наоборот - с выпадениями из атмосферы и смывом с подстилающей поверхности.

В) Литосфера (педосфера). 
Основным объектом, характеризующим загрязнение подстилающей поверхности является почва, особенно ее верхние 5 сантиметров. В связи с этим, в большинстве исследований для характеристики загрязнения почвы отбирается только этот верхний слой. 
При отборе почвенных проб важно выделение автохтонных, то есть коренных, экосистем, сформированных на возвышенных участках коренного берега (плакора). Загрязнение почв в этих участках свидетельствует о типичном состоянии загрязнения. Как правило, это водораздельные коренные леса и верховые болота. Также необходимо проведение исследований почв в аккумулятивных ландшафтах, расположенных в понижениях и вбирающих в себя загрязнение с обширных территорий.