Екологічний моніторинг та його види
Управління природокористуванням та природоохороннимипроцесами може бути успішним за умови, що у своїх управлінських рішеннях воно базується на надійний банк даних про стан довкілля . Термін «екологічний моніторинг» з’явився в Рекомендаціях наукового комітету з проблем довкілля при ЮНЕСКО в 1971 році. Моніторинг походить від латинського monitor – те, що попереджує, застерігає. Основні домовленості у справі екологічного моніторингу відбулися у 1972 році у Стокгольмі на конференції з питань охорони довкілля під егідою ООН. Секретаріат ООН з питань довкілля визначив екологічний моніторинг як систему повторних спостережень за компонентами довкілля у просторі і часі з певною метою у відповідності з розробленими попередньо програмами. Термін з’явився як доповнення до терміну «контроль стану довкілля». В англійській та німецькій мовах цей термін ідентичний: environmental monitoring – англ., Monitoring der Umwelt (der Umgebung) – нім. В розробку теорії екологічного моніторингу внесли І.П.Герасимов, Ю.І. Ізраель, В.Д. Федоров та інші.
Моніторинг – це комплексна система спостережень, збору, обробки, систематизації та аналізу інформації про стан довкілля, яка дає оцінку і прогнозує його зміни; розробляє обґрунтовані рекомендації для прийняття управлінських рішень.
Система державного моніторингу довкілля ґрунтується на таких принципах:
- об’єктивність і достовірність;
- систематичність спостережень за станом довкілля та об’єктами впливу на нього;
- багаторівневість;
- узгодженість нормативного та методичного забезпечення;
- узгодженість технічного і програмного забезпечення;
- комплексність в оцінці екологічної інформації;
- оперативність проходження інформації між окремими ланками системи та вчасне інформування органів державної виконавчої влади;
- відкритість екологічної інформації для населення.
Актуальність і невідкладність вирішення проблем моніторингових досліджень полягають в тому, що хоча й існує ряд відомчих спостережень систем за станом довкілля, але вони не зведені в єдиний комплекс і не можуть ефективно виконувати узагальнюючу функцію оцінки стану і рівня використання ресурсів, прогнозувати зміни і розробляти рекомендації для прийняття управлінських рішень щодо оптимізації господарської діяльності і природокористування в окремих регіонах.
Об’єктами моніторингу можуть бути природні, антропогенні чи природно-антропогенні екосистеми. Мета екологічного моніторингу – не просто пасивна констатація фактів, але проведення експериментів, моделювання процесів.
Основними завданнями екологічного моніторингу є:
- організація єдиної державної системи контролю за компонентами довкілля;
- налагодження автоматизованої системи збору, обробки, узагальнення і зберігання інформації про кількість і стан природних ресурсів (банк даних);
- оцінка природно-ресурсного потенціалу та можливого рівня використання ресурсів;
- інвентаризація джерел забруднення і вивчення ступеня антропогенного впливу на компоненти довкілля;
- моделювання і прогноз змін екологічної ситуації в країні та регіонах, а також можливих змін у здоров’ї населення;
- розробка управлінських рішень, спрямованих на забезпечення раціонального природокористування і розвиток регіону.
До складу системи екологічного моніторингу входить два основні блоки:1) система отримання та збереження інформації; 2) система обробки та аналізу інформації. Кожний з них має свою структурно-організаційну, науково-методичну, технічну та технологічну базу.
При організації моніторингу виникає необхідність у вирішенні кола завдань різного рівня, тому І.П.Герасимов запропонував розрізняти три рівні моніторингу. (Таблиця 6.1): біоекологічний, геосистемний та біосферний.
Мета, методичні підходи і практика моніторингу на різних рівнях відрізняються.
Біоекологічний або локальний моніторинг. Він передбачає контроль за вмістом токсичних для всього живого речовин в атмосфері, природних водах, рослинності, грунтах, які підпадають під вплив конкретних джерел джерел забруднення (промислові підприємства, будівництво, меліоративні системи, електростанції та інші). При цьому виявляють джерело забруднення та міру забруднення екосистеми. Стан довкілля оцінюють з точки зору здоров’я людини – цей показник вважається комплексним і достатньо точним. Проводять локальний моніторинг гідрометеорологічні, водогосподарські і санітарно-епідеміологічні служби.
Біоекологічний або регіональний моніторинг покликаний давати оцінку антропогенного впливу на довкілля в процесі господарської діяльності людини. Цей вид моніторингу передбачає оцінку взаємодії людини і природи по всіх напрямах і фіксує надходження і вихід із екосистеми речовини та енергії. Регіональний моніторинг проводить гідро кліматичні, сейсмологічні та інші служби.
Біосферний або глобальний моніторинг передбачає контроль за змінами в біосфер, тобто в масштабі всієї планети. Глобальна система моніторингу довкілля була організована під егідою ООН в 1975 році, хоча активні дії її проявились останнім часом у зв’язку з глобальним потеплінням. Система глобального моніторингу представляють п’ять підсистем:
1) вивчення кліматичних змін на планеті;
2) міграція забруднюючих речовин, в тому числі на далекі відстані;
3) гігієнічні аспекти довкілля – з точки зору придатності для нормального життя людини;
4) дослідження Світового Океану;
5) дослідження природних ресурсів на суші.
Таблиця 4.1
Рівні, об’єкти та показники моніторингу
| Рівні моніторингу | Об’єкти моніторингу | Показники моніторингу |
| Біоекологічний (санітарно-гігієнічний) | 1.приземний шар повітря 2. поверхневі і грунтові води 3.промислові та побутові стоки; 4. викиди в атмосферу; 5.Радіоактивні речовини | ГДК токсичних речовин; Фізичні та біологічні подразники (шум, алергени та інші); Гранично допустимий рівень радіоактивного випромінювання |
| Геосистемний (природно-господарський) | 1. види рослин і тварин, які на грані зникнення; 2. природні екосистеми; 3. агроекосистеми; 4. лісові екосистеми | Популяційний стан видів рослин і тварин; Урожайність сільськогосподарських культур; Продуктивність лісових насаджень |
| Біосферний (глобальний) | 1.Атмосфера 2.Гідросфера 3. Грунтовий покрив, Рослинний світ, Грунтовий покрив | Радіаційний баланс; Тепловий баланс; Забруднення пилом. Забруднення річок і водойм; Кругообіг води на континентах. Глобальні характеристики стану грунтів, рослинного і тваринного світу. Глобальні кругообіги вуглекислого газу, озону та інші. |
Існує 22 мережі діючих станцій системи глобального моніторингу, а також міжнародні і національні системи моніторингу. Одна з головних завдань глобального моніторингу – вихід на принципово новий рівень компетентності під час прийняття управлінських рішень локального, регіонального і глобального масштабів. Глобальний моніторинг проводять у відповідності не тільки з Глобальною системою моніторингу, але й Міжнародною програмою «Спостереження за планетою», програмою ЮНЕСКО «Людина та біосфера», програмою ООН з питань довкілля ЮНЕП.
Основні завдання біосферного моніторингу визначені в одному з розділів Міжнародної Програми «Людини і біосфера». Насамперед, до них належить:
- визначення взаємозв’язків між забрудненням, структурою і функціонуванням екосистем, їх компонентів, популяцій чи окремих живих організмів;
- визначення переліку тих показників та вимірів, які необхідні для спостережень і оцінки існуючого стану екосистеми та прогнозу його змін у майбутньому;
- аналіз шляхів та швидкості трансформації забруднюючих речовин в екосистемі»
- визначення критичних рівнів показників довкілля.
Програму робіт виконують на станціях глобального моніторингу, які функціонують переважно в межах заповідників. Програма станцій передбачає регулярний відбір проб і визначення наступних показників:
- в атмосфері – вміст завислих часток, каламутність, вміст озону, вуглекислого газу, двооксиду сірки, оксиду азоту, вуглеводів, сульфатів, бензпірену, пестициду ДДТ;
- атмосферних опадах – наявність свинцю, ртуті, кадмію, миш’яку, бензпірену, а також їх кислотність;
- у поверхневих, підземних водах, донних відкладах – наявність свонцю, ртуті, метилу ртуті, кадмію, миш’яку, пестициду ДДТ, бензпірену, а також біогенних елементів – речовин, які виникли в результаті розкладу залишків організмів, але які ще неповністю мінералізувались ;
- у грунтах наявність свинцю, ртуті, кадмію, миш’яку, пестициду ДДТ, бензпірену, а також біогенних елементів.
Крім методів оцінки ступеню забруднення за допомогою приладів використовуються так звані біологічні індикації, які базуються на дослідженні тих живих організмів (тест об’єктів), які особливо чутливі до конкретних хімічних домі шків. Таким індикаторами служать чутливі до забруднення повітря мох і лишайники, чутливі до забруднення води - дафнії та інфузорії, дощові черв’яки – чутливі до забруднення грунтів.
В процесі глобального моніторингу використовуються аерокосмічні методи, які дають можливість простежити за глобальними та регіональними змінами в екосистемах.
Європейською Економічною комісією ООН у рамках Конвенції з трансграничного переносу атмосферних забруднень в 1985 р. прийнято рішення про створення Міжнародної спільної програми оцінки впливу забруднення на біосферу. Основою цієї програми є моніторинг лісів, що здійснюється в 24 європейських країнах, а також у США і Канаді.
У вузькому розумінні, його розглядають, як комплексну систему перманентних спостережень за станом лісових екосистем і впливаючими на них модифікуючими факторами, в першу чергу техногенними. Найповніше ця концепція розроблена Міжнародною спільною програмою з моніторингу лісів, яка здійснюється в рамках Конвенції ООН з проблем переносу атмосферних забруднень на далекі відстані.
У широкому значенні моніторинг лісів включає в оцінку впливу на ліс крім забруднення атмосфери, також пожежі, рекреаційну роль, шкідників, хвороби дерев та промислове використання лісу. В такому розумінні моніторинг виконує функції контролю і управління лісовими ресурсами. Об’єднання цих напрямів в єдину систему дозволяє повніше оцінювати стан лісів як біологічного компоненту біосфери і як відновлювального природного ресурсу. В біосферному просторі дається також комплексна оцінка стану педосфери (земельні ресурси, динаміка землекористування, структура угідь, ерозії і забруднення ґрунтів, екологічні наслідки меліорації земель, застосування добрив і пестицидів) і зоосфери (тваринний світ, рибні ресурси, мікробіоценози в ґрунтах та ін.).
Для збереження фонового рівня якості середовища, порівняно з якими визначався б і рівень впливу людини на атмосферу, створено мережу біосферних заповідників. Вона охоплює всі основні типи природних зон.
Однією з головних умов одержання об’єктивної інформації при проведенні моніторингових досліджень є визначення кордонів його об’єкту. В складних географічних умовах елементарною просторовою одиницею доцільно вважати територію водозабору (басейну) ріки. Просторова структура екологічного моніторингу на території області базується на мережі основних і додаткових пунктів постійного спостереження (ППС). Основні ППС розміщені в межах 60×16 км і формують регіональну моніторингову мережу, яка зв’язана з європейською мережею ППС. Кількість таких пунктів на території кожної області визначаються, враховуючи величину її території.
У міській місцевості та для організації локального моніторингу навколо промислових підприємств із значними викидами забруднюючих речовин в атмосферу закладаються додаткові ППС, наприклад, Івано-Франківська область (Бурштинська ДРЕС, Калуcька ТЕЦ, ВАТ “Оріана”, АТ “Нафтохімік Прикарпаття”, фірма “Барва”). Додаткові ППС розміщуються в межах водозборів головних рік на екологічних профілях (трансектах) у поперек річкових долин на витоку (до 10 км), у верхній (10-20 км), середній (25-50 км) і нижній (50-100 км) частинах водозбору на таких елементах рельєфу: вододіли, схили, надзаплавні тераси, заплави. Додаткові ППС локального моніторингу в зоні впливу промислових підприємств закладаються по мережі 2х2 км або 1х1 км з урахуванням зон забруднення та з урахуванням “рози вітрів”.
На кожному пункті спостереження, залежно від ступеня мінливості показників, встановлюється періодичність їх вивчення. Перша група показників – періодичність вивчення не менше 3 разів на місяць: хімічний склад повітря і атмосферних опадів, кислотність дощів і снігу. Друга група (показники стійких змін) – періодичність 2-5 років: 1) маса опаду і підстилки; 2) видовий склад і маса трав’яного покриву; 3)видовий склад і маса мохів та лишайників на деревах; 4)інтенсивність дефоліації і дехромації; 5)кислотність ґрунтів; 6)хімічний склад поверхневих і підземних вод. Третя група – періодичність 5-10 років: 1) потужність верхнього горизонту ґрунту і кількість гумусу; 2) фізичні параметри ґрунту; 3) вміст у ґрунті і рослинах шкідливих речовин; 4) наявність шкідників і хвороб; 5) продуктивність фітоценозів; 6) структура і співвідношення угідь на водозборі.
Основою робіт з автоматизованого моніторингу навколишнього середовища є системи автоматичного спостереження контролю навколишнього середовища – АСКНС спеціалізованих аналітичних станцій.
Значний комплекс робіт в галузі екологічного моніторингу проводиться переважно пересувними лабораторіями (ПЕЛ), які забезпечують збір, обробку, накопичення та збереження інформації про параметри навколишнього середовища, а саме: атмосфери, ґрунтів, продуктів харчування. Така лабораторія, виконана на базі автобуса ЛАЗ-699Р, в режимі екологічного патрулювання дає можливість значно зменшити витрати коштів, ніж при створенні стаціонарних систем контролю.
Вимірювальний комплекс ПЕЛ дозволяє контролювати:
- забруднення атмосфери окисами вуглецю, азоту, сірки і продуктами розпаду радону;
- концентрації токсичних газів в атмосфері (більше 15 видів);
- концентрації шкідливих елементів атомно-абсорбуючим експрес-методом у ґрунті, воді і харчових продуктах;
- потік, еквівалентну дозу і потужність еквівалентної дози радіоактивних випромінювань усіх видів;
- рівні шуму і параметри вібрації;
- щільність потоку електромагнітного випромінювання НВЧ та ін.
Значну допомогу в проведенні моніторингових спостережень надають пересувні лабораторії промислових викидів , які працюють на базі відповідного автомобіля, де розміщена апаратура для контролю валових викидів і масової концентрації основних забруднювачів атмосфери.
Існує цілий ряд приладів в області контролю техногенних забруднень довкілля і технологічного контролю виробничих процесів, які допомагають здійснити оптимальну організацію системи моніторингу різних рівнів на базі локальних комп’ютерних мереж. В Україні в ряді областей впроваджена дворівнева технологічна система збору, опрацювання, збереження та аналізу інформації, яка дозволяє чітко розподілити функції різних підрозділів, оптимально використати технічні засоби та оперативно зібрати потрібну інформацію.
Системи моніторингу першого рівня призначені для вимірювання, реєстрації та первинного накопичення даних моніторингу зовнішнього середовища в атмосферному режимі.
Вищий рівень системи моніторингу – це програмні комплекси на Центральній ЕОМ.
Призначення цих систем наступне:
- збір з робочих станцій оперативної інформації з моніторингу;
- діалоговий режим вводу і ведення баз даних з усіх видів і сфер радіаційного контролю;
- інтеграція всіх даних на регіональному рівні та обробка, аналіз і узагальнення наявної інформації.
В Україні ведуться наукові пошуки у напрямі створення автоматизованих систем моніторингу. Так, Інститутом регіональних екологічних досліджень розроблена і впроваджена система інформування про стан довкілля Запорізької області з єдиним регіональним банком даних, автоматизованою мережею взаємодії і регламентами обміну інформацією, а також обласна Програма створення систем екологічного моніторингу для Дніпропетровської, Запорізької, Кіровоградської і Чернігівської областей України. Крім того, в ряді областей запроваджено автоматизовані системи з програмно-аналітичними комплексами для організацій, які здійснюють екологічний моніторинг. Це дало можливість всю інформацію об’єднати в єдиний регіональний банк даних. Співробітниками Інституту регіональних екологічних досліджень створено картографічні інформаційно-аналітичні підсистеми оцінки якості атмосферного повітря, поверхневих вод річки Дніпро та деяких малих річок, питної води в системі міського водопостачання, а також стічних вод промислових підприємств. В деяких регіонах запроваджено геоінформаційні системи комплексної оцінки забруднених територій.