Классификация систем мониторинга окружающей среды

Мониторингом принято называть регулярные наблюдения состояния предварительно выделенного одного или нескольких объектов. В мониторинге окружающей природной среды такими объектами наблюдения являются абиотические, биотические среды и факторы антропогенного воздействия на них. Наблюдения природных сред, природных объектов, растительного и животного мира должны выявлять изменения их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

Под экологическим мониторингом следует понимать системным образом организованный мониторинг природных сред, природных объектов, геоэкосистем, источников антропогенного воздействия на них. Под источниками антропогенного воздействия следует понимать источники эмиссии (выделения) веществ, энергии и излучений в природные среды, а также изъятие природных ресурсов, нарушение естественной структуры природных сред и их составляющих. Под геоэкосистемой следует понимать материально-энергетическую систему, состоящую из взаимообусловленных природных компонентов, территориально-промышленных комплексов и систем расселения людей.

Экологический мониторинг позволяет обеспечить постоянную оценку экологических условий среды обитания человека, выявить текущее состояние природных сред и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а также функциональную целостность экосистем; определить корректирующие действия, когда это необходимо; установить причины негативного воздействия на окружающую среду, а также источники их возникновения до того, как будет нанесен значимый ущерб.

Несмотря на сокращение производства и закрытие большого количества предприятий в Российской Федерации, загрязнение окружающей среды (ОС) вредными веществами в ряде городов и регионов остается очень высоким.

В настоящее время регулярный контроль состояния атмосферного воздуха осуществляется в 260 городах Российской Федерации с помощью станции Государственной сети мониторинга окружающей среды и станций Росгидромета. Кроме того, сведения о состоянии атмосферного воздуха получают с помощью станций различных ведомств.

Проблема загрязнения атмосферы в основном связана с диоксидом серы, оксидами азота, оксидом углерода, бенз(а)пиреном, формальдегидом. Согласно Государственным докладам «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации» за последнее десятилетие более чем в 70 городах Российской Федерации максимальная концентрация отдельных загрязняющих веществ превышает 10 ПДК.

В настоящее время примерно в 70…90 % городов наблюдаются разовые концентрации взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида азота, сероводорода, фенола, сажи, формальдегида, фторида водорода и некоторых других веществ, превышающие ПДК.

Выброс вредных веществ в атмосферу — процесс динамичный. Например, по некоторым загрязняющим веществам в Российской Федерации в последние годы наблюдается снижение среднегодовой концентрации в атмосферном воздухе (диоксида серы и формальдегида — на 11… 13 %; бенз(а)пирена — на 39 %), а по некоторым (сероводород, оксид углерода, оксид и диоксид азота) наблюдается увеличение концентрации (на 3…8 %).

При активном воздействии антропогенных источников на окружающую среду происходят процессы физико-химического превращения, оседания и вымывания загрязняющих веществ.

На протекание этих процессов большое влияние оказывает трансграничный массоперенос, в результате которого меняются не только климатические (метеорологические) характеристики (температура, влажность, давление) атмосферного воздуха, но и состав и концентрация загрязняющих веществ в воздушной среде.

Поэтому, учитывая направление трансграничных массопереносов, можно провести экспертную оценку данных по выбросам с учетом предварительного моделирования (прогнозирования) развития процесса загрязнения атмосферного воздуха.

Например, результаты моделирования трансграничного переноса свинца и кадмия, входящих в состав многих видов отходов, показали, что территория России подвержена загрязнению этими веществами со стороны других стран значительно сильнее, чем территории этих стран от российских источников. Например, «импорт» этих веществ (металлов) в Россию из Польши, Германии и
Швеции более чем в 10 раз превышает их «экспорт» из России.  «Импорт» свинца из Украины, Белоруссии и Латвии в 5 —7 раз превышает его «экспорт» из России, а «импорт» кадмия из этих стран и Финляндии в 5-^7 раз превышает его «экспорт» из России.

В абсолютных значениях выпадения, например, свинца на Европейской территории России составляют ежегодно: от Украины — около 1 100 т, Польши и Белоруссии — примерно 190 т, Германии — более 130 т.

При анализе загрязнения вредными веществами определенной территории (город, регион) необходимо учитывать не только трансграничный массоперенос, но и собственный «вклад» в процесс загрязнения среды.

Например, при анализе данных мониторинга о загрязнении среды свинцом и кадмием следует учитывать, что от источников, расположенных на территории Российской Федерации выпадает около 70 % этих веществ, а 30 % приходится на долю источников других стран.

Но не следует забывать, что в западных регионах Российской Федерации доля трансграничного загрязнения значительно превышает 30 %.

Следовательно, при разработке системы мониторинга любого уровня (глобального, регионального или локального) необходимо предусмотреть функциональные возможности проведения контроля и прогнозирования развития ситуации с учетом как трансграничных загрязнений взвешенными, газообразными или аэрозольными соединениями и веществами, так и загрязнения от собственных источников.

Для обеспечения корректности проведения работ по анализу и прогнозированию экологической ситуации в окружающей среде особую роль играет базовый (фоновый) мониторинг.

С этой целью на территории России работает семь станций комплексного фонового мониторинга (СКФМ), которые расположены в биосферных заповедниках: Баргузинском, Центрально-Лесном, Воронежском, Приокско-Террасном, Астраханском, Кавказском и Алтайском.

С помощью этих станций получают фоновые значения концентраций различных веществ в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Эти данные позволяют оценить негативное воздействие антропогенных загрязняющих веществ на окружающую среду. Результаты базового (фонового) мониторинга взвешенных частиц в атмосферном воздухе показывают, что во многих районах серьезную проблему для окружающей среды составляют повышенные концентрации взвешенных частиц (пылей), которые на протяжении ряда лет остаются неизменными (на Европейской территории России (ЕТР) — 20…40 мкг/м^3). Максимальные уровни пыли имеют место в засушливых районах России. Так, в юго-восточных районах ЕТР в конце лета (августе) среднемесячная концентрация достигает 70… 80 мкг/м^3, т.е. в 2 раза больше, чем в центральных районах ЕТР. Минимальные фоновые концентрации пыли отмечаются в зимнее время года. Например, на азиатской территории России в зимние месяцы этот показатель составляет 2 мкг/м^3
в среднем за месяц.

Процессы, происходящие в окружающей среде под действием загрязняющих веществ, например в атмосфере, вызывают изменения электрических параметров. Количественную оценку этих изменений можно проводить также при наличии данных о составе воздуха, полученных с помощью базового (фонового) мониторинга.

Таким образом, при создании системы мониторинга необходимо учитывать современный комплексный подход к охране окружающей среды и решению проблем обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности человека.

Мониторинг источников водопотребления и водопользования показывает, что речной сток является основой водных ресурсов России; в среднем по водности он составляет 4 262 км^3, из которых около 90 % приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. Однако более 80 % населения России и ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал сосредоточены в бассейнах Каспийского и Азовского морей, на долю которых приходится менее 8 % годового объема речного стока России.

По данным мониторинга в целом по России суммарный забор свежей воды из водоисточников в средний по водности год составляет около 3 % общих водных ресурсов. Однако по ряду регионов величина водозабора из речных бассейнов достигает 50 % и более.

Это объясняется прежде всего тем, что поверхностные воды наиболее доступны для потребителей (рис. 20.1).

Мониторинг использования подземных источников воды на производственно-технические, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные нужды позволил выявить около 1 800 очагов загрязнения подземных вод, из которых 78 % расположено на Европейской части России. Хотя загрязнение подземных вод носит в основном локальный характер, тем не менее около 6 % от общего количества подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, составляют воды, загрязненные соединениями азота, железа, марганца; сульфатами; хлоридами; фенолами; стронцием; нефтепродуктами; свинцом; алюминием и др.

В настоящее время мониторингом загрязнения поверхностных вод Российской Федерации по гидробиологическим показателям охвачено более 190 водных объектов с помощью 280 постов контроля. Гидрохимические показатели загрязнения поверхностных вод контролируются более чем на 1 200 водных объектах. Пробоотбор производится на 2 360 створах для анализа (контроля) физических и химических показателей.

Однако мониторингом охвачена только часть водных объектов. Важность работ по развитию и усовершенствованию системы мониторинга водных объектов в целях повышения уровня экологической безопасности человека и окружающей среды трудно переоценить, так как антропогенное загрязнение водных объектов
вызывает увеличение донных отложений и накапливание долгоживущих химических и биологических соединений и веществ, влияющих не только на флору и фауну, но и на физико-химический состав воды.

В настоящее время Единая система экомониторинга в Российской Федерации не обеспечивает требуемый уровень информации, и это в значительной степени затрудняет деятельность различных органов управления, ответственных за обеспечение экологической безопасности. Согласно данным Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации» за последние годы продолжается процесс деградации почв вследствие загрязнения их вредными веществами, выбрасываемыми в окружающую среду промышленными предприятиями и автотранспортом. Кроме того, несмотря на спад производства и уменьшение объема промышленных выбросов сохраняется тенденция аккумулирования токсичных веществ в почвах.

Данные, полученные в результате мониторинга в некоторых регионах, позволили составить картограммы, установить источники загрязнения и выработать необходимые рекомендации, направленные на улучшение ситуации.
Согласно экспертным данным института Геоэкологии РАН крайне высокой и высокой степенями техногенного загрязнения отличаются крупные многофункциональные города с приоритетом химического, нефтехимического, металлургического производств в Кемеровской, Мурманской, Новгородской, Тверской, Белгородской, Челябинской, Новосибирской и ряде других областей.

Ухудшение экологической ситуации наблюдается не только внутри границ городов, но и далеко за их пределами. Техногенные выбросы от промышленных источников и транспорта распространяются на прилегающие территории, являясь причиной загрязнения сельскохозяйственной продукции, ухудшения состояния древостоя и снижения его фитоцидной роли. При этом зоны влияния городов простираются на десятки километров, а крупных промышленных агломераций — на сотни километров (например, Московской — на 200 км, Тульской — на 120 км, Среднеуральской на 300 км, Кемеровской — на 200 км и т.д.).

Во многих городах и регионах основным загрязнителем окружающей среды является автотранспорт. В результате сжигания органического топлива в двигателях транспортных средств в окружающую среду выбрасывается большое количество тяжелых металлов, сажи и др.

Так, поступление свинца в окружающую среду от автотранспорта составляет примерно 4 000 т в год. Наибольшее загрязнение свинцом наблюдается в Московской, Самарской, Калужской, Нижегородской и Владимирской областях.

Мониторинг экологического состояния урбанизированных территорий развивается медленными темпами. Наиболее развитыми в этом отношении являются некоторые крупные города и промышленные зоны, в которых по оценкам специалистов сложилась сложная экологическая ситуация.