Концепция экологического мониторинга. Уровни, содержание и территориальная структура в системе экологического мониторинга. Приборы и системы мониторинга окружающей среды. Возможности школьного экологического мониторинга.

Эколого-геологический мониторинг – это система постоянных наблюдений, оценки, прогноза состояния и изменения ЭГ обстановки системы, проводимая по заранее намеченной программе с целью разработки рекомендаций и управляющих решений, направленных на обеспечение ее оптимального экологического функционирования и устойчивого развития.Концепция экологического мониторинга

Уровни экологического мониторинга:

§ Глобальный

§ Государственный

§ Региональный

§ Локальный

Концепция экологического мониторинга представляет собой систему признанных государством принципов, на основании которых формируются основные направления деятельности в области мониторинга, экономические механизмы и правовая база. Правовой основой обеспечения мониторинга является Конституция, законодательные и иные нормативные правовые акты, а также международные договоры, ратифицированные Республикой Казахстан.

Система экологического мониторинга призвана осуществлять:

· наблюдение, оценку и прогноз состояния окружающей среды по программам геофизического, биологического мониторингов и мониторинга источников антропогенного воздействия;

· информационно-интеллектуальную поддержку подготовки и принятия управленческих решений, а также проведения научных исследований в сфере экологической безопасности.

Экологический мониторинг окружающей среды может проводиться на различных уровнях пространственной организации: на уровне промышленного объекта, города, области, края, республики в составе федерации, а также на национальном уровне.

Принципы и цели регионального и глобального экологического мониторинга

Объектами глобального мониторинга являются: атмосфера, озоновый экран, гидросфера, растительные и почвенные покровы, животный мир на Земле. Характеризуемые показатели для глобального мониторинга:

· Радиационный баланс,

· Тепловой баланс,

· Газовый состав атмосферы и запыление,

· Загрязнение больших рек и водоёмов,

· Круговорот воды на континентах,

· Глобальные характеристики состояния растительности, почв и животного мира,

· Глобальные балансы углекислого газа и кислорода,

· Крупномасштабные круговороты веществ

Сегодня сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества. Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия.

Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:

ü импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе - И);

ü региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона - Р);

ü фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность - Ф).

Предметом регионального мониторинга, как следует из самого его названия, является состояние окружающей среды в пределах того или иного региона.

На региональном уровне экологический мониторинг и/или контроль обычно вменяется в обязанность:

• Комитету по экологии (наблюдения и контроль за выбросами и сбросами действующих предприятий).

• Комитету по гидрометеорологии и мониторингу (импактный, региональный и отчасти фоновый мониторинг).

• Санитарно-эпидемиологической службе Минздрава (состояние рабочих, селитебных и рекреационных зон, качество питьевой воды и продуктов питания).

• Министерству ООС и водных ресурсов (прежде всего, геологические и гидрогеологические наблюдения).

• Предприятиям, осуществляющим выбросы и сбросы в окружающую среду (наблюдение и контроль за собственными выбросами и сбросами).

• Различным ведомственным структурам (подразделениям Минсельхозпрода, Мин ЧС, Минтопэнерго, предприятиям водно-канализационного хозяйства и проч.)

Для того, чтобы эффективно использовать сведения, уже полученные государственными службами, важно точно знать функции каждого из них в области экологического мониторинга.

В области регионального мониторинга наблюдения ведутся в основном Казгидрометом, имеющим разветвленную сеть.

И, наконец, существует сеть фонового мониторинга, осуществляемого в рамках программы МАВ (Man and Biosphere).

Под моделированием в экологии понимается исследование процессов и явлений, постановка различных экспериментов не в живой природе, а на специально созданных искусственных объектах. Примером простейших искусственных объектов является аквариум (террариум), или графические логические или математические схемы, более или менее отражающие свойства естественных систем. Одно из главных требований, предъявляемых к любой модели, - это ее подобие с моделируемой системой. Наиболее просты и традиционны физические модели тех или иных устройств, представляющих собой уменьшенные копии этих устройств в целом или их подсистем.

Математическое моделирование заключается в формализации и исследовании поведения систем и их компонентов при помощи математики. Существуют два подхода к использованию математического аппарата в описании биологических процессов. Первый - это формализация заведомо известных процессов, общая специфика и закономерности которых устанавливаются практическим путем (наблюдения или эксперименты). Получаемые результаты представляются в виде графиков, преобразуемых далее в уравнения. Таковы, например, уравнения, связывающие в логарифмической форме ПДК вредных веществ в воде и атмосфере с их физико-химиче­скими свойствами (молекулярной массой, растворимостью и т.д.). Другой подход к моделированию заключается в том, что высказывается некое гипотетическое суждение о той или иной закономерности, например о биоценотических процессах, и эта гипотетическая закономерность «наклады­вается» на тот или иной известный закон поведения переменных в математическом уравнении.

Данные модели являются идеальными, имеющими методическое значение, но не отражающими реальные ситуации. Поэтому при теоретическом моделировании исследователи оперируют более сложными моделями. Реальные биологические процессы на уровне популяций и биогеоценозов настолько сложны, что, в силу ограниченности доступной информации и трудностей ее формальной интерпретации, удовлетворительному анализу на основе математических моделей они пока не поддаются.

При математическом моделировании в отличие от других форм моделирования исследуемое явление заменяется его математическим описанием, воспроизводимым вычислительными средствами ЭВМ. Таким образом, эксперименты проводятся не с реальными объектами, а с ЭВМ, в которой реализована математическая модель явления. Такие модели называются кибернетическими, так как процессы, происходящие в живых системах, можно рассматривать как процессы управления с обратной связью. Эти модели могут быть реализованы как в виде уравнений функциональной зависимости, так и в виде программ для ЭВМ.

 

Уровни организации ЭГ мониторинга могут быть различными .

Объединение подсистем детального ЭГ мониторинга в более крупную сеть (например, в пределах города, района) образует систему мониторинга локального уровня. Детальный и локальный ЭГ мониторинг предназначены обеспечить экологическую оценку последствий изменений литосферы под влиянием действующего или проектируемого объекта (или комплекса объектов) соответственно на территории города, района или участка в зоне его ожидаемого воздействия. Он реализуется на стадии проекта.

Локальные системы, в свою очередь, объединяются в еще более крупные – системы регионального ЭГ мониторинга, охватывающие территории в пределах края или области, или в пределах нескольких краев и областей. Региональный ЭГ мониторинг предназначен обеспечить экологическую оценку изменений верхних горизонтов литосферы крупных территорий комплексного антропогенного освоения (республиканских, краевых и областных административных территориальных единиц, крупнейших территориально-производственных комплексов). Он базируется на государственных источниках информации. Реализуется на предпроектной стадии.

Системы регионального ЭГ мониторинга объединяются в пределах одного государства в единую национальную (государственную, федеральную) сеть мониторинга. Система национального мониторинга является необходимой предпосылкой для соблюдения законодательства в области охраны недр и экологии, систематического контроля за состоянием всех компонентов ЭГ системы, обеспечения эффективной и экологически безопасной инженерно-хозяйственной деятельности. Система ЭГ мониторинга национального уровня должна входить составной частью в систему мониторинга окружающей среды России, создаваемую соответствующей Федеральной службой России.

В рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения национальных систем мониторинга окружающей среды в единую глобальную межгосударственную сеть – «Глобальную систему мониторинга окружающей среды». Это система слежения за состоянием и прогнозирование возможных изменений общемировых процессов и явлений, включая антропогенные воздействия на биосферу Земли в целом. Пока создание такой системы в полном объеме – задача будущего.

В основе организации систем 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 инженерногеологическими 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.

В зависимости от объекта наблюдения различают мониторинг базовый (фоновый) и импактный.

 Базовый мониторинг - слежение за общебиосферными природными явлениями без наложения на них антропогенных влияний. Например, базовый мониторинг проводится на особо охраняемых природных территориях, практически не испытывающих локальных воздействий деятельности человека.

 Импактный мониторинг - это мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах.

Приборы и системы мониторинга окружающей среды

Средства экологического наблюдения и контроля подразделяются на контактные, неконтактные (дистанционные), биологические, а контролируемые показатели – на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров – концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.).

Контактные методы контроля состояния окружающей среды представлены как классическими методами химического анализа, так и современными методами инструментального анализа.

Общая схема контроля включает этапы: 1) отбор пробы; 2) обработка пробы с целью консервации измеряемого параметра и её транспортировка; 3) хранение и подготовка пробы к анализу; 4) измерение контролируемого параметра; 5) обработка и хранение результатов.

Приборы, предназначенные для проведения контроля окружающей среды, позволяют наблюдать и фиксировать множество параметров: давление, освещенность, шум, температуру, влажность, скорость потоков воздуха, уровень содержания газов в воздухе и многое другое. Все измерители условно классифицируются на:

• устройства, позволяющие осуществлять контроль параметров окружающей среды;
• устройства, позволяющие фиксировать параметры микроклимата.

К первому виду приборов относят те, которые используются в целях проведения диагностики состояния производственных либо жилых помещений. Ко второму – множество измерителей, предназначенных для контроля широкого спектра параметров микроклимата, перечисленных выше.

Список приборов:

• анемометры и термоанемометры- приборами метеорологического вида и активно используются для определения скорости ветра. термоанемометров является их возможность кроме компонент направления фиксировать еще и температуру воздушных потоков.
• гигрометры и термогигрометры; Гигрометрами называют измерительные устройства, относящиеся к приборам контроля окружающей среды, предназначенные для измерения влажности воздуха. Термогигрометр совмещает в себе функции гигрометра и термометра, позволяя определять не только влажность воздуха, но и его температуру, осуществляя тем самым двухпараметрический контроль.
• газоанализаторы;
• люксметры- позволяют измерять освещенность. Самый обычный люксметр представляет собой несложный в своем устройстве прибор, главным элементом которого является фотоэлемент, выполненный из селена. Он способен трансформировать энергию света в ток. Результат контроля представляется в специальных единицах измерения - люксах
• манометры- Манометр – измерительный прибор, используемый для определения давления в жидкости или газе
• шумомеры- Шумомер представляет собой прибор контроля окружающей среды, который позволяет фиксировать уровень звука. Здесь важно подчеркнуть, что под звуком нельзя понимать громкость, так как это разные понятия и на фоне этого, не всякий прибор, который измеряет громкость, является шумомером. В общем случае в состав шумомера входят микрофон, усиливающий элемент, фильтры, предназначенные для корректировки, а также детектор, и индикатор.
• течеискатели;
• барометры;
• влагомеры;
• тахометры;
• термометры;
• калибраторы давления;
• соляриметры;
• многофункциональные приборы.

Газоанализаторы теплопроводности

Тепловые газоанализаторы относятся к весьма распро­страненным автоматическим газоанализаторам. Область их применения — от ана­лиза газов котельных установок до состава атмосферы космиче­ских объектов. Основаны эти газоанализаторы на измерении тепловых свойств определяемого компонента, которые могут служить мерой концентрации определяемого компонента.

Магнитные газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы основаны на измерении параметров, свя­занных с магнитными свойствами анализируемых газов. Газовый анализ смесей магнитными методами возможен, если магнитные свойства определяемого компонента различаются с магнитными свойствами остальных (неопределяемых) компонентов смеси.

Работа магнитных газоанализаторов основана на измерении сил, действующих на тело, помещенное в неоднородное магнитное поле и окруженное газовой смесью, содержащей кислород.

Оптические газоанализаторы

К оптическим газоанализаторам относится большая группа приборов, основанных «а использовании зависимости одного :из оптических свойств анализируемой смеси от концентрации определяемого ком­понента. Очевидно, что для однозначного решения задачи газового анализа здесь требуется однозначная зависимость оптического параметра определяемого компонента от его концентрации.

По виду измеряемого параметра различают оптические газоанализаторы, основанные на измерении:

а) коэффициента преломления газовой среды — газоинтерферо­метры;

б) параметров поглощения лучистой энергии в ультрафио­летовой (УФ) и инфракрасной (ИК) областях спектра — газоана­лизаторы УФ- и ИК-поглощения;

в) параметров спектров испус­кания газов — спектрофотометрические газоанализаторы;

г) опти­ческих свойств жидкости, с которой прореагировал газ,— фотоко­лориметрические газоанализаторы

Методы контроля состояния загрязнения атмосферы

Газоанализаторы - приборы для определения качественного и количественного состава смесей газов, содержащихся в атмосфере.

Газоанализаторы позволяют получать непрерывные по времени характеристики загрязнения воздуха и выявлять максимальные концентрации примесей, которые могут быть не зафиксированы при периодическом отборе проб воздуха несколько раз в сутки.

Региональные инструментальные методы анализа основаны на автоматизированной системе контроля за загрязнением воздуха в промышленном регионе или на нескольких предприятиях. Информация поступает от автоматических газоанализаторов, установленных в различных местах региона или вокруг крупных промышленных объектов, иногда на конкретных технологических установках.

Глобальный мониторинг осуществляется зондированием атмосферы. Для этого используют оптическую и радиолокационную аппаратуру, которая позволяет определить загрязнения на разных высотах атмосферы.

Для дистанционного анализа загрязнений атмосферы используются автоматизированные приборы на основе лазеров.

Пространственное распределение примесей в воздухе определяется с помощью лидаров - приборов, представляющих собой сочетание лазера и локатора.

Методы контроля состояния загрязнения вод

Основные стандартные методы контроля за состоянием загрязнения вод:

·        метод химического потребления кислорода;

·        метод биохимического потребления кислорода;

Многокомпонентные методы анализа:

·        атомно-эмиссионный;

·        рентгеновский;

·        хроматографический методы.

Методы контроля в почвенном мониторинге

Почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет общий характер, т.к. почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях.

Основные показатели агроэкологического мониторинга:

·  кислотность;

·  потеря гумуса;

·  засоление;

·  загрязнение нефтепродуктами.

Мониторинг радиационного загрязнения природной среды

В радиоэкологическом мониторинге используются стационарные и переносные дозиметры и радиометры.

Рентгеновское и гамма-излучение регистрируют дозиметром.

Бета-излучение регистрируют радиометрами.

Система стационарного контроля радиационной обстановки и радиационного мониторинга окружающей среды включает в себя:

·        средства контроля радиационной обстановки: датчики альфа-, бета-загрязнения поверхностей, датчики гамма-излучения, датчики нейтронного излучения, поисковые дозиметры альфа- бета- нейтронные;

·        спектрометры ионизирующих излучений: сцинтилляционные спектрометры энергии гамма и бета-излучения, полупроводниковые спектрометры энергий альфа-излучения;

·        для контроля питьевой воды на водозаборах, контроля сточных вод атомных станций и других предприятий, использующих в своей технологии гамма-излучающие радионуклиды, используют радиометр-спектрометр.

Методы биологического мониторинга

Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов[4]. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.

Биотестирование — метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.

Оценка компонентов биоразнообразия — является совокупностью методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия

Программа «Экологический мониторинг в школе» направлена на организацию школьного экологического мониторинга и представляет собой программу исследовательской деятельности учащихся по изучению экологического состояния природных сред и экосистем.

Проведение исследований по программе школьного экологического мониторинга позволит приобщить большое количество школьников разных возрастов к изучению своей местности, даст возможность формировать у учащихся более глубокие знания по общим, региональным и локальным экологическим проблемам, углубить и закрепить знания по естественнонаучным и гуманитарным предметам.

Исследовательская деятельность в рамках экологического мониторинга вызывает у учащихся чувство сопричастности за судьбу природных объектов, осознание значимости практической помощи природе родного края.

Цель программы: формирование экологических знаний и культуры школьников в ходе исследовательской деятельности; комплексная оценка и прогноз изменений состояния природной среды под влиянием естественных и антропогенных факторов.

Задачи:

·         Развитие у учащихся интереса к научным исследованиям.

·         Освоение методиками по изучению экосистем.

·         Овладение учащимися знаниями основных законов по охране природы.

·         Исследование экологического состояния территории села Троицкое и его окрестностей.

·         Формирование готовности обучающихся к социальному взаимодействию по вопросам улучшения экологического качества окружающей среды, воспитание и по вопросам улучшения экологического качества окружающей среды, воспитание и пропаганда активной гражданской позиции в отношении защиты и сохранения природы родного края.

• Ожидаемый результат:
• Овладение основами методики исследовательской деятельности. Прочность усвоение навыков исследовательской деятельности проверяется в ходе применения их на практике при осуществлении проектной деятельности.
• Глубокое понимание взаимосвязи объектов и явлений в природе с особенностями быта, традиций, культуры населения своей местности.
• Привитие любви к родному краю, формирование бережного отношения к природе, готовность учащихся принимать участие в природоохранной деятельности.
• Осуществление природоохранных работ, деятельности по улучшению состояния окружающей среды свей местности.
• Участие в районных и республиканских конкурсах и конференциях.
• Требования к уровню подготовки учащихся.
  Учащиеся должны знать:
• Понятия: экология, окружающая природная среда, охрана природы, экологический мониторинг, экологические проблемы,
• Особенности экологического состояния природы Республики Калмыкии, Целинного района и села Троицкое. Источники загрязнения.
• Проблемы и пути решения улучшения окружающей среды.
• Методы исследования природных сред и объектов. Правила личного поведения в природе.
• Особо охраняемые природные территории Республики Калмыкия и Целинного района.
  Учащиеся должны уметь:
• Оценивать экологическое состояние природных объектов и экосистем своей местности.
• Выявлять формы воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду.
• Прогнозировать улучшение, восстановление, меры по охране природы родного края.
• Участвовать в пропаганде экологических знаний и экологически целесообразной деятельности по улучшению окружающей среды своей местности.
• Строго соблюдать правила поведения в природе