Применение информационных технологий в управлении средой обитания: Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ ÀÝÐÎÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈß

А. В. Матвеев, В. П. Котов, М. И. Мушкудиани

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ СРЕДОЙ ОБИТАНИЯ Учебное пособие

Ñàíêò-Ïåòåðáóðã 2005

УДК 007.5 ББК 32.973.202 М33 Матвеев А. В., Котов В. П., Мушкудиани М. И. М33 Применение информационных технологий в управлении средой обитания: Учеб. пособие / ГУАП. СПб., 2005. 96 с.: ил. ISBN 5-8088-0161-3 Учебное пособие подготовлено на основании требований Государственного образовательного стандарта по направлению 656600 "Защита окружающей среды". Может быть использовано при изучении дисциплины "Информационные технологии в управлении средой обитания". Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Инженерная защита окружающей среды" и "Безопасность жизнедеятельности". Рецензенты: кафедра прикладной экологии Российского государственного гидрометеорологического университета (зав. каф. д-р геогр. наук, проф. В. А. Шелутко); д-р пед. наук, проф. Г. Л. Грозовский; д-р техн. наук, проф. И. Л. Ерош Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Учебное издание Матвеев Алексей Васильевич Котов Вадим Петрович Мушкудиани Малхаз Иосифович

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ СРЕДОЙ ОБИТАНИЯ Учебное пособие Редактор А. М. Картухина Компьютерный набор и верстка Н. С. Степановой Сдано в набор 21.06.05. Подписано в печать 08.11.05. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,4. Усл. кр.-отт. 5,52. Уч.-изд. л. 5,75. Тираж 150 экз. Заказ № Редакционно-издательский отдел Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки Отдел оперативной полиграфии ГУАП 190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67

ISBN 5-8088-0161-3

2

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», 2005

Список сокращений АИС АРМ АСИЗВ АСКРО

– автоматизированные информационные системы – автоматизированные рабочие места – автоматическая станция измерения загрязнения воздуха – автоматизированная система контроля радиационной обстановки АСУ – автоматизированная система управления АСЭМ – автоматизированные системы экономического мониторинга БД – база данных БДЭО – база данных об экологической обстановке ВХВ – вредные химические вещества ГИС – геоинформационные системы ГСМ – горюче-смазочные материалы ЕАОС – Европейское агентство по окружающей среде ЕГАСКРО – единая государственная автоматизированная система контроля радиационной обстановки ЕГСЭМ – единая государственная система экологического мониторинга ЖКХ – жилищно-коммунальные хозяйства ИИИ – источники ионизирующего излучения ИТ – информационные технологии ЛПР – группа лиц, принимающая решения ММ – математические модели ОПС – окружающая природная среда ОРОЗ – определения рискованных отходов здравохранения ОС – окружающая среда ПДВ – предельно допустимые выбросы ПК – персональный компьютер РВ – радиоактивные вещества СППР – системы поддержки принятия решения 3

СПУД СУБД ТБО ФЭПГ ЭМ ЭС ЭЭ

4

– стратегический план управленческих действий – система управления базами данных – твердые бытовые отходы – формирование экологической политики города – экологический мониторинг – экспертные системы – экологическая экспертиза

ВВЕДЕНИЕ По данным ЦСУ бывшего СССР в 1986 г. численность аппарата государственного управления с учетом численности аппарата кредитования и государственного страхования составляла около 3,3 млн человек. Эта многочисленная армия специалистов практически не имела своей информационной технологии (ИТ), адекватной уровню решаемых задач. В то же время оптимальная информационная технология, обладающая высокой гибкостью, мобильностью и адаптивностью к внешним воздействиям, является непременным условием повышения эффективности управленческого труда. Информационная технология – это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение (транспортировку) и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования технологического ресурса, а также повышения их надежности и оперативности. Сегодня внедрение ИТ актуально, так как широкое распространение подлинного хозяйственного расчета требует на местах самостоятельности, ответственности, социологической инициативы при глубокой децентрализации управления [9]. Из всех видов технологий ИТ сферы управления предъявляют самые высокие требования к человеческому фактору, оказывая принципиальное влияние на квалификацию работника, содержание его труда, физическую и умственную нагрузку, профессиональные перспективы и уровень социальных отношений. С появлением персональных компьютеров (ПК) на "гребне микропроцессорной революции" происходит принципиальная модернизация автоматических систем управления (АСУ) – от вычислительных центров и централизации управления к распределенному вычислительному потенциалу, повышению однородности технологии обработки информации и децентрализации управления. Такой подход нашел свое воплощение в системах поддержки принятия решения (СППР) и экспертных 5

системах (ЭС), которые характеризуют новый этап компьютеризации технологии организационного управления, по существу, этап персонализации АСУ. Системность – основной признак СППР и признание того, что самая совершенная ЭВМ не может заменить человека. Оценка состояния и качества окружающей среды (ОС) в городе и промышленных зонах производится по множеству показателей, отражающих в той или иной степени ее пригодность для проживания человека и его трудовой деятельности. Обычно эти показатели формируются по средам: земля, вода, атмосфера. Повышение экологической напряженности в вышеназванных зонах требует более тщательных и массовых наблюдений за состоянием городской среды и социально-демографическими факторами. Между тем сеть наблюдений по большинству характеристик городской среды была недостаточно развита и до начала 90-х гг. XX века. В настоящее время положение еще более ухудшилось. Так, например, в Санкт-Петербурге не осталось ни одного пункта наблюдений на реках города (кроме р. Невы). Вместо четырех пунктов, ведущих метеорологические наблюдения в городской черте, остался только один [5]. Чтобы частично компенсировать эти пробелы, необходимо более активно внедрять ИТ по контролю за параметрами ОС и эффективному управлению природопользованием. Очень часто оценка воздействия человека на ОС в городах и промышленных зонах при реализации сложных и крупномасштабных проектов требует привлечения большого числа специалистов-экологов, инженеров, экономистов, социологов и др., причем каждая из указанных групп, как правило, решает свои специфические задачи. На завершающем этапе, когда требуется обобщить все суждения, междисциплинарная разобщенность в значительной степени затрудняет принятие окончательного решения. В этих условиях организаторам производства, авторам проектов, принимающим решения по различным вопросам, связанным с эксплуатацией природных ресурсов, загрязнением среды обитания, приходят на помощь информационные системы (СППР, ЭС), которые могут сыграть большую роль в обеспечении экологической безопасности больших городов и промышленных зон. Информацию, собранную непосредственно с помощью каких-либо средств, можно определить как первичную. Обычно ее характеристики полностью зависят от особенностей средств сбора или измерения, от принципов их организации и т. д. 6

Поступив в систему обработки, первичная информация тем или иным образом преобразуется. В общем виде задача обработки первичной информации сводится к выявлению в той или иной форме отношений между переменными с целью получения эмпирических зависимостей, которые представляют собой вторичную информацию. Наконец, информация переходит в блок подготовки ее для конечного потребления. Информация оценивается с позиций статистических гипотез или риска и представляет собой продукт локальной информационной системы. Она может быть определена как третичная. В таком виде информация может быть использована для практических решений, т. е. для различных информационных систем. Для хранения, обработки первичной и вторичной информации, для трактовки полученных после обработки результатов существует несколько типов информационных систем, которые находят широкое применение в управлении охраной ОС. Это различные базы данных (БД), математические модели (ММ), геоинформационные системы (ГИС), ЭС, представляющие собой системы искусственного интеллекта. Геоинформационные системы можно рассматривать как информационную основу для изучения природных особенностей региона и как инструмент исследования динамики или прогноза явлений и процессов. В качестве одного из наиболее перспективных путей использования ГИС предполагается их включение в получающие все более широкое распространение системы обеспечения принятия решений, что представляет собой следующий шаг к созданию ЭС – систем управления использованием природных ресурсов с элементами искусственного интеллекта. Особенность ЭС заключается в том, что они работают не только с массивами данных, но и со знаниями. ЭС состоит из набора правил, которые не выполняются последовательно, а срабатывают только тогда, когда выполняются соответствующие условия [3]. По нашему мнению, различные типы информационных систем в недалеком будущем прочно займут свое место при оценке антропогенного воздействия на среду обитания, обеспечивая экологическую безопасность человека.

7

1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ 1.1. Классификация, характер и причины загрязнения среды обитания В результате воздействия человека изменяется климат, рельеф поверхности, химический состав атмосферы, исчезают виды и естественные экосистемы и т. д. Наиболее важный для природы антропогенный фактор – у р б а н и з а ц и я. Человек активно вмешивается в экологические круговороты, используя в своих целях вещество планеты с очень невысокой эффективностью, с образованием большого количества отходов. Чтобы обеспечить жизнь одного человека, ежегодно из Земли извлекается 20 т сырья, при этом количество полезного продукта составляет не более 2% используемых природных ресурсов. Загрязнение природной среды классифицируется по большому числу факторов, основные из них систематизированы авторами [1, рис. 1.1]. Естественные загрязнения возникают в результате природных, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, землетрясение, селевой поток и т. п.) вне всякого влияния человека на эти процессы, хотя антропогенная деятельность человека иногда способствует возникновению этих процессов. Биотические (биогенные)1 загрязнения связаны с распространением определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т. п.) на территории и (или) акватории, где они ранее не наблюдались. Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанного с массовым их размножением в средах, измененных в ходе хо1 Биогенами, т. е. продуктами жизнедеятельности ряда микроскопических грибов (обычно называемых плесенями), являются микотоксины. Эти агенты могут оказывать серьезное неблагоприятное воздействие на здоровье человека и животных.

8

9 Масштаб действия

глобальные кратковременные долговременные постоянные прямые косвенные

Продолжительность Характер действия влияния

механические электромагнитные химические

акустические

гидросфера

тепловые световые

атмосфера

биологические

люди

Механизм возникновения

Рис. 1.1. Классификация факторов, загрязняющих среду

региональные

Характер возникновения

естественные биотические микробиологические антропогенные промышленные сельскохозяйственные военные локальные

флора фауна

физические

электромагнитные

почва

радиоактивные Объект воздействия

космическое пространство литосфера

газообразные жидкие

Агрегатное состояние

сооружения и конструкции

твердые

зяйственной деятельности человека (например, вследствие загрязнения сточными или канализационными водами распространяются такие опасные инфекционные болезни, как азиатская холера и брюшной тиф, дизентерия и вирусный гепатит. Антропогенные загрязнения являются результатом хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и, в первую очередь, с развитием крупных промышленных центров. Промышленные загрязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные загрязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваиваемых культурными растениями, сбросом отходов животноводства и другими действиями, связанными с сельскохозяйственным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортировки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Отрицательные воздействия испытаний ядерного оружия имеют место до сих пор, а массовое применение этого оружия может привести к апокалипсису – "ядерной зиме". Локальные загрязнения охватывают небольшие территории, обычно вокруг предприятия, населенного пункта и т. п. Региональные загрязнения выявляются в пределах значительных пространств. Глобальные загрязнения обнаруживаются в любой точке планеты и далеко от их источника, охватывают большие пространства с угрозой для жизнедеятельности большого количества людей и организмов. По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические (биотические, микробиологические). Загрязнение атмосферы – привнесение в воздух или образование в нем химическими веществами или организмами физических агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образование антропогенных физических полей. 10

Загрязнение гидросферы – поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах. Загрязнение почвы – привнесение и возникновение в почве новых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразовательного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызывают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека. Загрязнения космического пространства – общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космическими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того "космического мусора", который вносит помехи в нормальное функционирование радиотехнических и астрономических приборов. Главными причинами, представляющими опасность не только для ОС, но и для биосферы в целом, являются: – использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топливо); – использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к возникновению отходов; – использование вредных для природы синтетических веществ; – уничтожение человеком структурного многообразия биосферы, что разрушает экосистемы. Сегодня экономическое и социальное развитие общества пришло в явное противоречие с органическими ресурсопроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Промышленное, сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рекреационное и другие виды природопользования предопределили кризисную для развития общества экологическую ситуацию во многих регионах мира и на земном шаре в целом из-за истощения и загрязнения природной среды антропогенным воздействием. Принято классифицировать факторы антропогенного воздействия на физические, химические, биологические и психофизические, а последними оценивать степень воздействия промышленных предприятий и отдельных видов производств на ОС по наличию, количественному со11

ставу и механизму воздействия вредных веществ и энергоизлучений, соответствующих этим факторам. Кроме того, техногенные факторы различают по: – виду воздействия (на атмосферу, гидросферу, литосферу); – масштабу воздействия (локальные, региональные, глобальные); – характеру воздействия (прямые и косвенные); – продолжительности воздействия (кратковременные, долговременные, постоянные); – агрегатному состоянию (газообразные, жидкие, твердые); – интенсивности воздействия. В настоящее время масштабы промышленного загрязнения достигли угрожающих размеров, создавая порой критические ситуации для проживания человека на Земле. Так, например, ежегодно: – в Мировой океан поступает до 10 млн т нефтепродуктов; – в атмосферный воздух выделяется промышленными предприятиями и транспортом 1 млрд т аэрозолей и сажи; – во внутренние водоемы и водотоки поступает свыше 500 млрд т промышленно-бытовых стоков; – при сжигании 10 млрд т условного топлива выделяется около 150 млн т сернистого ангидрида и порядка 30 млрд т. двуокиси углерода, способствующие возникновению парникового эффекта; – акустическая среда заполняется шумом от промышленных установок, транспорта и т. д.; – из недр Земли извлекается до 4 тыс. км3 горных пород, в результате образуются карьеры глубиной до 1 км и нарушаются гидрогеологические условия; – количество бытовых и промышленных отходов увеличивается (по данным ООН, 3 млрд т в год – в настоящее время); – загрязнение вод, объем которых в мире постоянно возрастает более чем на 700 км3, причем 1 м3 сточных вод загрязняет 50–80 м3 чистых вод [1], увеличивается. Основной вклад в загрязнение ОС вносят промышленность, энергетика, транспорт. Выбросы в ОС классифицируются по агрегатному состоянию и массовому выбросу. По а г р е г а т н о м у состоянию различают газо- и парообразные, жидкие, твердые и смешанные. По м а с с о в о м у выбросу выделяют шесть групп: менее 0,01; свыше 0,01; 0,1…1,0; 1,0…10; 10…100; свыше 100 т/сутки. 12

По своему происхождению промышленные загрязнения могут быть: Механические – запыление атмосферы, твердые частицы и разнообразные предметы в воде и почве. Химические – всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и почву и вступающие во взаимодействие с ОС. Физические – все виды энергии как отходы разнообразных производств: тепловой, механической (включая вибрации, шум, ультразвук), световой (видимая, инфракрасная и ультрафиолетовая части спектра), электромагнитные поля, ионизирующие излучения. Биологические – это виды организмов, появившиеся при участии человека и наносящие вред ему или живой природе (в условиях машиностроения практически отсутствуют). Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгорания, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект – постоянное потепление климата на планете в результате накопления углекислого газа и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые, аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверхности Земли. Световые загрязнения вызваны нарушением естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных. Акустические загрязнения связаны с превышением естественного уровня шума и ненормальным изменением звуковых характеристик в населенных пунктах и других местах вследствие работы транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин. Электромагнитные загрязнения возникают в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и т. п.), что приводит к изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах. Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их послед13

ствием является радиоактивное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений. Источники загрязнения среды обитания подразделяются на сосредоточенные (точечные) и рассредоточенные. К т о ч е ч н ы м относятся дымовые и вентиляционные трубы, шахты и т. п., к р а с с р е д о т о ч е н н ы м – факелы цехов, ряды близко расположенных труб, открытые склады и т. п. Источники загрязнения могут быть также непрерывного и периодического действия. Загрязнения можно разделить на две основные группы (рис. 1.2): материальные, включая химические загрязнения, и энергетические. Необходимо отметить, что загрязнения подвергаются определенному воздействию ОС. С этой точки зрения различают с т о й к и е и р а з р у ш а е м ы е загрязнения (под действием природных химикобиологических процессов). 1.2. Источники промышленных загрязнений среды обитания Преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают техногенные системы с высоким уровнем экологического риска. Техногенная система – совокупность объектов хозяйственной деятельности человека различного назначения: промышленные предприятия, транспортные магистрали, линии электропередач, буровые скважины, города, сельскохозяйственные комплексы и т. д. Чтобы оценить влияние антропогенных загрязнений, разделим их на три большие группы: промышленные, сельскохозяйственные и военные. К наиболее существенным промышленным загрязнениям относятся: электроэнергетика, металлургические комбинаты, нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая, химическая, нефтехимическая, угольная, газовая, лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, пищевая, легкая, микробиологическая промышленность, машиностроение, транспорт, жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ). Электроэнергетика В настоящее время основная доля энергии производится за счет сжигания или переработки природного органосодержащего сырья – угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа, а также использование энергии рек путем строительства гидроэлектростанций и сооружения водохранилищ. 14

ионизирующие излучения

лазерные излучения

световые, инфракрасные, ультрафиолетовые излучения

токсичные

электромагнитные поля

сточные воды

нетоксичные

грязные

Материальные (химические)

шум, вибрация, ультразвук

тепловые выбросы

выбросы в атмосферу

условно чистые (отборные)

смешанные

твердые

жидкие

газо- и парообразные

Промышленные загрязнения среды обитания

Энергетические (физические)

твердые отходы

Рис. 1.2. Классификация промышленных загрязнений

15

Наибольшему воздействию в результате деятельности энергетической промышленности подвергаются воздушный бассейн и поверхностные воды. Заметное влияние на изменение состояния ОС оказывает гидростроительство. Водохранилища, создаваемые в результате сооружения плотин электростанций, регулируют речной сток, снижают опасность наводнений и развития эрозии почв, улучшают судоходность рек, обеспечивают снабжение водой сельскохозяйственных угодий, служат для рекреационных и других целей. Вместе с тем запруживание рек и строительство водохранилищ нередко приводят к отрицательным последствиям. Водохранилища, особенно крупные, оказывают существенное влияние на изменение микроклимата регионов, где они расположены. При создании крупных водохранилищ происходит затопление плодородных земель и поселений. Гидросооружения влияют на уровень грунтовых вод, вызывают нередко засоление или заболачивание почв и снижение их продуктивности. В энергетике основными источниками загрязнения являются тепловые электростанции, производство энергии на которых сопровождается в первую очередь загрязнением атмосферного воздуха. Особое действие на природную среду оказывают предприятия атомной энергетики. Источником потенциальной опасности является весь процесс ядерного топливного цикла – от добычи делящего материала до переработки облученного топлива. В то же время отмечается, что в последние годы (1993–1999) производственная деятельность АЭС не оказала заметного влияния на экологическую ситуацию в районах их размещения. Энергетика – наиболее крупная отрасль по объему выбросов в атмосферу (26,6% общего количества выбросов всей промышленности России). Характерными выбросами энергетического комплекса являются сернистый газ (SO2), оксид углерода (CO и CO2), оксиды азота (NO и NO2), сажа, а также наиболее токсичные ингридиенты – оксид ванадия и бенз(а)пирен. Ежегодные объемы выбросов вредных веществ в атмосферный воздух энергетическими предприятиями Российской Федерации составляют около 6,0 млн т, основной объем этих выбросов занимают: 31% – пыли, 42% – диоксида серы, 23,5 % – оксида азота. Энергетика является отраслью промышленности, потребляющей огромное количество воды, 99% которой используется на производство электрической и тепловой энергии. Ежегодно используется около 16

30 млрд м3 воды, 65–70% экономится за счет использования оборотного водоснабжения. Большая часть воды расходуется на охлаждение различных агрегатов, в связи с чем тепловые электростанции являются источниками теплового загрязнения. Другим крупным потребителем воды, загрязняющим водоемы и подземные воды, является система гидрозолоудаления ТЭЦ, использующая твердое топливо – угли, сланцы, торф. Со сточными водами в водные объекты сбрасываются загрязняющие вещества, которыми могут быть взвешенные вещества, нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соли тяжелых металлов, специфические вещества (сероводород, капролактам, формальдегид). Более 50 предприятий атомной энергетики сбрасывают загрязненные воды, которые попадают в бассейны Каспийского, Балтийского, Черного морей, а также в Северный Ледовитый и Тихий океаны. В водные объекты открытой гидрографической сети предприятиями атомной энергетики сбрасывается около 30 тыс. Ки радионуклидов, из которых 99% имеют период полураспада от нескольких часов до одних суток. Сбрасываемые радиоактивные изотопы достаточно быстро распадаются и практически не прослеживаются в количествах, превышающих допустимые концентрации в водоемах. В результате инвентаризации, проведенной в последние годы на 34 предприятиях атомной энергетики, имеется 257 мест хранения и поверхностного захоронения радиоактивных отходов, на которых сосредоточено свыше 405 млн м3 жидких и около 300 млн т твердых отходов, суммарная активность которых превышает 1 млрд Ки. Кроме того, в глубоких геологических формациях сосредоточено свыше 1,05 млрд Ки жидких отходов. Металлургические комбинаты Металлургические комбинаты поставляют в ОС наибольшее число загрязнений и выбросов. На долю черной и цветной металлургии приходится более 35% всех загрязнений, поставляемых техногенными системами. Это вызвано тем, что металлургическая переработка полезных ископаемых отличается наиболее мощными потоками энергии и массы. Металлургия перерабатывает ежегодно миллиарды тонн руды, выдает сотни миллионов тонн стали, чугуна, алюминия, десятки миллионов тонн цветных металлов, сопутствующих готовых продуктов: химических соединений, строительных материалов, сорбентов и др. 17

Для выплавки 1 т алюминия требуется переработать 5–10 т руды, 1 т меди – 200 т руды; для извлечения 1 кг золота – 7000 т руды; для получения 1 т готового металла в ряде производств требуется 500–600 т чистой воды. На всех участках технологической цепи образуются промежуточные продукты, отходы и потери: шлаки, дымы, растворы, газы. В атмосферу поступает значительное количество выбросов. Основные их компоненты – диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, сероуглерод, углеводороды и др. Ежегодно предприятиями черной и цветной металлургии в поверхностные воды сбрасывается более 1 млн м3 сточных вод, из них 85% – загрязненных. Вместе со сточными водами сбрасывается значительное количество загрязняющих веществ, в том числе взвешенные вещества: сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелых металлов и т. п. По данным аэрокосмической съемки снежного покрова, зона действия предприятий черной металлургии прослеживается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения, а огромные массы оксида серы SO 2 комбината "Норильский никель", которые выбрасывают высокие (до 100 м) трубы, достигают Канады через Северный полюс. На этом же комбинате ежегодно образуется около 4,7 млн т отвальных металлургических шлаков. Образующиеся "хвосты" обогащения практически не используются. В хвостохранилище их накоплено около 350 млн т. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность Предприятия нефтедобычи и ее переработки оказывают негативное воздействие на атмосферный воздух. Характерными загрязняющими веществами являются углеводороды, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, твердые вещества. Значительный ущерб ОС наносят аварии на буровых установках и платформах, а также на магистральных газо- и нефтепроводах, которые являются наиболее типичными причинами загрязнения нефтью поверхностных вод. Для предприятий нефтеперерабатывающей промышленности характерна потребность в большом количестве воды, что обусловливает необходимость их размещения вблизи водоемов и вынуждает принимать меры по защите водных объектов от загрязнения. 18

Со сточными водами в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов. Нефтеперерабатывающие заводы являются источниками загрязнения почвенных покровов нефтепродуктами. На нефтеперерабатывающих и сланцеперерабатывающих заводах России накоплено за предыдущие годы около 95 млн т отходов, в том числе 2,4 млн т – нефтешлаков, 0,8 млн т – прудовых кислых гудронов, 1,5 млн т – отработанных отбеливающих глин, 10 млн т – избыточных активных илов, 80 млн т – золы сланцепереработки [11]. Наиболее существенна для этой отрасли доля по выбросам жидких и газообразных веществ – 1/15 промышленного объема выброса этих веществ в стране. Химическая и нефтехимическая промышленность Химический комплекс РФ включает 26 отраслей химической, нефтехимической, агрохимической и микробиологической промышленности. Многообразие продукции применяемых технологий и сырья определяют широкий спектр загрязнителей атмосферного воздуха, водных бассейнов и почв, причем выбросы, сбросы и отходы производства характеризуются существенными объемами, высокой токсичностью и образованием отходов. В некоторых районах страны воздействие химического комплекса на ОС является доминирующим. Основными источниками вредных выбросов в атмосферу в промышленности являются производство кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), производство резинотехнических изделий, фосфора, пластмасс, красителей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинг нефти. Положение усложняется, а решение экологических проблем затруднено наличием в эксплуатации морально и физически устаревшего оборудования, из которого 60% эксплуатируется более 10 лет, до 20% – свыше 20 лет, 10% – более 30 лет [11]. Уровень очистки выбросов вредных веществ в данной промышленности высокий (более 90%). Структура выбросов характеризуется следующими данными: твердые вещества (зола мазутная, угольная, белок пыли БВК, пыль неорганическая) – 13,4% общего количества выбросов, жидкие и газообразные вещества – 86,6, в том числе оксид углеро19

да – 32,6, летучие органические соединения – 24,4; диоксид серы – 19,3, оксиды азота – 8,8, углеводороды – 4,8%. Выбросы диоксидов серы, оксидов азота, оксидов углерода в большей степени связаны с работой ТЭЦ и котельных, входящих в состав предприятий комплекса. Основное количество оксидов азота и диоксидов серы выбрасывается предприятиями агрохимической промышленности, оксида углерода – содовой промышленностью, мазутной золы – микробиологической промышленностью, сероуглерода и сероводорода – промышленностью химических волокон, аммиака – агрохимической промышленностью, хлорорганики – хлорной промышленностью, олефинов – промышленностью синтетического каучука, бензина – шинной промышленностью. Около половины общего объема выбросов металлической ртути в России приходится на выбросы химической и нефтехимической промышленности. Сброс загрязненных сточных вод составляет более 1,6 км3, сточными водами сбрасываются нефтепродукты, взвешенные сульфаты, фосфор, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирт, бензол, формальдегид, фурфурол, фенол, ПАВ, пестициды. В результате деятельности рассматриваемых производств образуется 125 млн т отходов, из которых используется только около 30%. Значительная часть отходов уничтожается (сжигается и вывозится на свалки), например серная и соляная кислоты, растворители, кубовые остатки, что составляет более 30 млн т, а более 50 млн т (шлам дистиллированной суспензии, фосфогипс, известковые и гипсовые отходы) складируется в специально отведенных местах. Хранение связано с отчуждением значительных площадей и закислением почв, только в результате деятельности агрохимического комплекса накоплено около 200 млн т отходов. По данным Госкомстата РФ, предприятия химической и нефтехимической промышленности вносят сравнительно небольшой валовой вклад в загрязнение атмосферного воздуха – 1/33 всех выбросов в России от стационарных источников. Объем сбрасываемых сточных вод в природные водные объекты России – 1/5 общепромышленного сброса сточных вод этой категории. Такой же вклад отрасли по объему сброса нормативно-очищенных сточных вод. 20

Угольная промышленность Основными потребителями угля являются: электроэнергетика – 39%, промышленность и коммунально-бытовой сектор – 27, коксохимические предприятия – 14, население – 8, сельское хозяйство – 5%. Объем выброшенных вредных веществ предприятиями отрасли сравнительно невелик и составляет 1,7% общего количества выбросов промышленности РФ. В выбросах наряду с твердыми веществами (28,2% суммарного выброса в атмосферу), оксидом углерода (16,4%), диоксидом серы (14,5%) и оксидами азота (3,9%) содержатся сероводород (0,05%), фториды (0,01%) и другие вещества, оказывающие влияние на состояние атмосферного воздуха в местах (районах) добычи угля. Ряд производств угольной промышленности требует значительного количества воды, например процесс гидродобычи угля на гидрошахтах, поэтому предприятия отрасли сбрасывают в поверхностные водоемы в среднем около 81% загрязненных сточных вод, требующих очистки. Со сточными водами в водоемы поступает большое количество взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, меди, никеля, алюминия, кобальта, магния, марганца, формальдегидов и др. Таким образом, угольная промышленность дает 1/50 всех выбросов в России от промышленных стационарных источников. Более существенна доля отрасли по выбросам твердых веществ – 1/40 от общего объема. Объем сброса сточных вод в поверхностные водоемы составляет 2%, а по объему сброса загрязненных вод вклад угольной отрасли достигает 6%. Газовая промышленность Наиболее крупные газовые месторождения РФ находятся в Западной Сибири (Уренгойское, Медвежье, Ямбургское, Комсомольское, Юбилейное), в Коми (Вуктыльское), в Прикаспийской впадине (Астраханское и Оренбургское). При добыче, переработке, хранении и транспортировке природного газа наибольший вред ОС наносится выбросами вредных веществ в атмосферный воздух. От общего объема отходящих веществ при добыче газа улавливается и обезвреживается около 20%. Это один из самых низких показателей среди всех отраслей промышленности. Выбросы в атмосферу характеризуются наличием в них оксида углерода (28,1% суммарного выброса в атмосферу), углеводородов (25,1%), оксидов азота (7,1%) и диоксида серы (53%). 21

Объем забора свежей воды ежегодно составляет около 68 млн м3, объем сброса загрязненных сточных вод – 5 млн м3. Высокий процент экономии воды обусловливается за счет использования оборонных систем водоснабжения при переработке газа. Ежегодно в отрасли рекультивируется и сдается землепользователям около 7 тыс. га, но этого явно недостаточно. Газовая промышленность вносит свой вклад в загрязнение атмосферного воздуха России (1/25 всех выбросов от промышленных стационарных источников), по выбросам жидких и газообразных веществ – 1/20 часть. Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность Наиболее крупные предприятия данных отраслей сосредоточены в Восточной Сибири, в Северном, Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области. Для данной отрасли характерными загрязняющими веществами являются твердые вещества (29,8% суммарного выброса в атмосферу), оксид углерода (28,2%), диоксид серы (26,7%), оксиды азота (7,9%), толуол (1%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%), ксилол (0,4%), бутил (0,4%), этилацетат (0,4%), метилмеркаптан (0,2%), формальдегид (0,1%) и др. Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых водоемких отраслей экономики РФ. Поэтому наиболее сильное воздействие оказывается на состояние поверхностных вод. Ежегодно потребление свежей воды в отрасли составляет около 2,1–2,2 млрд м3, или около 4,5–4,7% общего водопотребления в промышленности России. На долю комплекса приходится свыше 20% (2 млрд м3) сброса загрязненных сточных вод промышленностью РФ. Главный источник образования загрязненных сточных вод в отрасли – производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелки полуфабрикатов с применением хлорпродуктов. Загрязненные сточные воды характеризуются наличием в них таких вредных веществ, как сульфаты, хлориды, нефтепродукты, фенолы, формальдегиды, метанол, фурфурор, диметилсульфид, диметилдисульфид. Основная причина негативного воздействия на ОС предприятий данной отрасли – использование старых технологий и устаревшего оборудования. 22

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность вносят свой вклад в загрязнение атмосферного воздуха России на уровне 3% объема выбросов страны от промышленных стационарных источников. Наиболее существенная доля данной отрасли по выбросам твердых веществ (1/23 – оксида ванадия и 1/33 – выбросов ртути). Объем использования свежей воды составляет 5%; сброс сточных вод в поверхностные водоемы от всего объема сбросов в РФ составляет 6%. Пищевая промышленность Основными источниками образования вредных веществ, выбрасывемых в атмосферу, в данной отрасли являются: шелушители, нейтрализаторы, сепараторы, мучные силосы, технологические печи, фасовочные автоматы, табакорезательные машины, линии по производству парфюмерных изделий, мясоперерабатывающие производства, заводы растворимого кофе и цикория, предприятия по производству мясокостной муки и клеев на органической основе. Ежегодно предприятиями отрасли выбрасывается около 400 тыс т вредных веществ, 44% которых проходят очистку. Отрасль использует ежегодно около 60 млн м3 воды, объем сбросов составляет 46 млн м3, доля загрязненных сточных вод достигает около 77%, что говорит о низкой эффективности работы имеющихся очистных сооружений и даже их отсутствии на некоторых предприятиях. Отходы производства составляют в среднем 20–22% от массы перерабатываемого растительного сырья (около 200 тыс. т яблочных выжимок, очистков овощей и т. д.). Они могут вполне использоваться в качестве вторичных ресурсов для производства кормовой, пищевой и технической продукции, но в последние годы из-за общего спада производства переработка отходов практически не производится. В настоящее время остро стоит вопрос утилизации побочных продуктов и отходов, поскольку многие предприятия сбрасывают их в водоемы, сильно ухудшая экологическую ситуацию в данной местности. Пищевая промышленность вносит незначительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха – это 1/50 всех выбросов России от промышленных стационарных источников. Наиболее существенна доля отрасли по выбросам соединений свинца – 6,1% промышленного объема выброса этих веществ. Доля отрасли в использовании свежей воды и сбросе загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы незначительна и составляет 2,8 и 2,0% соответственно. 23

Легкая промышленность В последние 15 лет наибольший спад производства произошел в легкой промышленности (более 50%), соответственно уменьшилась нагрузка на ОС. К суммарному выбросу всей промышленности России доля отрасли составляет 0,6%, крайне низким остается в отрасли улов вредных веществ, который составляет 37,9%. В выбросах предприятий легкой промышленности присутствуют диоксид серы – 31%; оксид углерода – 29,4; твердые вещества – 21,8; оксиды азота – 8,9; бензин – 2,3; этилацетат – 1,9; бутилацетат – 0,6; аммиак – 0,3; ацетон – 0,2; бензол – 0,2; толуол – 0,28; сероводород – 0,09; оксид ванадия – 0,04% и др. Основными источниками загрязнения водоемов являются текстильные фабрики и комбинаты, а также процессы дубления кож. Из общего объема сточных вод 97% приходится на сброс в поверхностные водные объекты, 87% которых сбрасываются в водоемы загрязненными. Легкая промышленность вносит незначительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха России (менее 1% выбросов от промышленных стационарных источников). Доля отрасли в использовании свежей воды и сбросе загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы незначительна и оценивается на уровне 1%. Микробиологическая промышленность Основы микробиологической промышленности составляют предприятия по выпуску кормового микробиологического белка. Предприятия данной отрасли оказывают негативное воздействие на природные водные объекты и атмосферный воздух. В выбросах предприятий содержатся взвешенные вещества (35,5% суммарного выброса), диоксид серы (30%), оксид углерода (21%), метиловый спирт (10,5%), уксусная кислота (0,34%), аммиак (0,3%), ацетон (0,25%), серная кислота (0,09%), формальдегид (0,07%), оксид ванадия (0,05%), толуол (0,07%). В целом микробиологическая промышленность вносит небольшой вклад в загрязнение атмосферного воздуха России (1/300 всех выбросов), на ее долю приходится 0,4% объема используемой свежей воды и 1% объема сброса сточных вод в поверхностные водоемы. Машиностроение Машиностроительный комплекс по производству продукции является крупнейшим промышленным образованием, включающим следую24

щие отрасли: тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение, станкоинструментальную промышленность, автомобильное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, электротехническую промышленность, приборостроение и нефтяное машиностроение, строительное, дорожное и коммунальное машиностроение. Основными источниками загрязнения атмосферы являются литейное производство, цехи механической обработки, сварочные и лакокрасочные цехи и участки. По валовому выбросу вредных веществ в атмосферу доля машиностроительного комплекса составляет около 6% выбросов в атмосферу всей промышленности России. Выбросы характеризуются присутствием в них оксида углерода (36,9%), диоксида серы (22,1%), различных видов пыли и взвешенных веществ (21,5%), оксидов азота (8,45%), а также таких вредных веществ, как ксилол – 1,8%, толуол – 1,3, ацетон – 0,7, бензин – 0,5, бутилацелат – 0,35, аммиак – 0,2, этилацетат – 0,07, серная кислота – 0,07, марганец – 0,02, хром – 0,01, свинец – 0,05% и др. Из наиболее опасных загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, значительная доля комплекса в выбросе шестивалентного хрома – 137,9 т, или 43% выброса всей промышленности ежегодно. Предприятия машиностроения ежегодно используют около 3,5 млрд м3 свежей воды. Ежегодный сброс сточных вод в поверхностные водоемы составляет около 2 млрд м3, в том числе загрязненных сточных вод – 0,95 млрд м3, что составляет 9,4% общего объема сброса сточных вод этой категории всей промышленности России. На долю отрасли приходится 7% объема используемой свежей воды промышленности РФ. По сбросу сточных вод в поверхностные водоемы на отрасль приходится 1/2 от общего объема, по сбросу загрязненных сточных вод вклад отрасли составляет 1/10 сброса сточных вод. Транспорт С транспортно-дорожным комплексом связаны газообразные, жидкие и твердые отходы, которые поступают в атмосферу, поверхностные и подземные водоемы, морские воды и почвы. В атмосферу поступает значительное количество углекислого газа и вредных веществ – свинца, сажи, углеводородов, оксидов углерода, серы и азота. По данным Госкомстата РФ, ежегодно около 53% выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на долю транспортных и дру25

гих передвижных средств, в том числе автомобильных, воздушных, водных, железнодорожных, тракторов и самоходных машин. Общий объем выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом составляет примерно 70% от всех видов транспорта, или около 40% общего количества антропогенного загрязнения атмосферы. Отставание в развитии транспортных систем, их экологической защищенности и конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках во многом обусловлено отсутствием системы экологической сертификации в нашей стране, необходимой законодательной и нормативной базы, низким экологическим качеством выпускаемой продукции, отсутствием необходимых механизмов стимулирования проведения работ по снижению токсичности новых и эксплуатируемых автомобилей, включая проведение единой государственной политики в этой области. Наиболее серьезным препятствием к внедрению международных стандартов остается использование свинецсодержащих присадок к моторным топливам, не позволяющих применять каталитические нейтрализаторы. Значительный выброс в атмосферный воздух загрязняющих веществ производят двигатели воздушных судов. Наиболее неблагоприятное воздействие они оказывают в районе аэропортов, так как здесь выбрасывается почти половина загрязняющих веществ, приходящихся на долю авиации. Основное загрязнение атмосферного воздуха на железных дорогах дают тепловозы. На их долю приходится до 90% выбросов на железнодорожном транспорте. Общий объем выбросов загрязняющих веществ от тепловозов в РФ составляет около 3 млн т и 9% суммарного выброса от передвижных источников загрязнения. Основным источником загрязнения при эксплуатации флота являются накопления на пассажирских и грузовых судах хозяйственнобытовых и нефтесодержащих вод. Более половины судов (57%), эксплуатирующихся на внутренних водных путях, принадлежат коммерческим и частным компаниям, которые во избежание дополнительных расходов не осуществляют сбор и передачу загрязнений со своего флота на утилизацию, не проводят работ по оснащению судов необходимым водоохранным оборудованием. На их долю приходится более 50% хозяйственно-бытовых сточных вод, нефтесодер26

жащих вод, сухого мусора и отходов, образующихся в процессе эксплуатации речного транспорта. Потоки автомобильного транспорта являются основным источником шума в городах любой величины. Они не только создают 80% всех зон акустического дискомфорта городов, но и определяют максимальное превышение уровней шума над нормативными. В настоящее время уровни шума на городских улицах составляют 65–85 дБ (при норме 70 дБ), в дискомфортных условиях проживания в среднем находится около 30% городского населения страны. Следовательно, транспортно-дорожный комплекс вносит определяющий вклад в загрязнение атмосферного воздуха России. Особенно существенна его доля по выбросам оксида углерода (3/4 общероссийского объема) и углеводородов (3/4 выбросов этих веществ в Российской Федерации). Вклад транспортно-дорожного комплекса в загрязнение водных объектов России незначителен. Жилищно-коммунальное хозяйство Жилищно-коммунальное хозяйство оказывает негативное влияние на ОС в результате: – изъятия большого количества природных вод; – сброса в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных бытовых и промышленных сточных вод; – выбросов в атмосферу от котельных централизованных систем теплоснабжения; – размещения на свалках бытовых и промышленных отходов; – урбанизации природных территорий. В результате возникновения городов, особенно наиболее крупных мегаполисов, на значительных площадях земной поверхности искажается состояние природных систем: биосфера, гидросфера, атмосфера, литосфера. Мегаполисы можно определить как многофункциональные техногенные системы с высоким уровнем экологического риска. За последние десятилетия во всех странах, как в развитых, так и в отсталых, отмечен быстрый рост мегаполисов. Самые крупные города мира на начало ХХI в. – Токио (25,2 млн), Нью-Йорк (18,8 млн), Мехико (17,9 млн), Сан-Паула (16,8 млн), Шанхай (14,3 млн). Поэтому ЖКХ является важной отраслью экономики, использующей природные ресурсы и в то же время призванной обеспечить экологическую безопасность населения в местах проживания. 27

В настоящее время водопроводными станциями РФ подается около 25,5 млрд м3 воды в год, мощность водопроводов достигла 94,5 млн м3/ сутки, протяженность водопроводных сетей составляет 434 тыс. км. Состояние 2/3 водных объектов, являющихся источниками питьевого водоснабжения, не отвечает требованиям государственного стандарта на источники централизованного водоснабжения, что не позволяет обеспечить требуемое качество питьевой воды. В результате около 50% населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества. Источниками централизованного снабжения служат поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68%, и подземные воды – 32%. Через коммунальные системы канализации в поверхностные воды ежегодно сбрасывается 13,7 млрд м3 сточных вод, из которых 8% очищаются до установленных параметров, 82% сбрасываются недостаточно очищенными. Дефицит канализационных сооружений достигает около 9 млн м3/сутки, около 60% очистных сооружений перегружены, многие эксплуатируются 20–30 лет и требуют реконструкции. На территории РФ эксплуатируется около 18 млн отопительных котельных ЖКХ, из общего потребления топлива 41% приходится на природный газ, около 47% – твердое топливо, остальные 12% – жидкое и прочие виды топлива (торф, дрова). Суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями ЖКХ составляет примерно около 650 тыс. т. Наиболее отрицательное воздействие на состояние экологической безопасности населения имеют аварии техногенного характера, причем около 60% от общего количества приходится на коммунальные системы жизнеобеспечения – теплоснабжение, водоснабжение и канализацию. Ежегодно в РФ предприятия ЖКХ осуществляют вывоз более 120 млн м3 твердых бытовых отходов (ТБО), причем значительная часть их не утилизируется, а складируется на отведенных полигонах. Таким образом, ЖКХ имеют определенное значение в объеме сброса загрязненных сточных вод в природные водные объекты России, их вклад достигает 45%. Вклад ЖКХ в загрязнение атмосферного воздуха России незначителен (1/50 всех объемов выбросов РФ). 28

1.3. Источники повышенной экологической опасности в сельском хозяйстве К экологически опасным факторам сельского хозяйства, оказывающим негативное влияние на ОС, в первую очередь, относятся минеральные и органические удобрения, пестициды (ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве для защиты растений и животных, способные уничтожать или прекращать развитие живых организмов насекомых, клещей, грызунов, бактерий, вирусов, грибов и других сельскохозяйственных вредителей). Несмотря на то что применение минеральных удобрений в стране за последнее десятилетие (1990–2000 гг.) снизилось в несколько раз, это не привело к ослаблению в соответствующих пропорциях влияния средств химизации на окружающую природную среду (ОПС), поскольку сохранились основные причины их попадания в поверхностные и грунтовые воды – нарушения регламентов хранения, транспортировки, применения. Невосполнимый ущерб земельным ресурсам и ОПС продолжает наносить эрозия почв. К настоящему времени ветровой и водной эрозии подвержено около 54 млн га сельскохозяйственных угодий, в том числе 33 млн га пашни. Кроме того, 30% всех сельскохозяйственных угодий, в том числе 44 млн га, или 33% пашни считаются дефляционно-опасными. Прогрессирует истощение и загрязнение водных источников, засоление земель, образование подвижных песков и оврагов. В почвах сельскохозяйственных угодий снижается содержание гумуса и основных элементов минерального питания растений, повышается кислотность, ухудшается культурно-техническое и агрофизическое состояние сельскохозяйственных земель. Источником повышенной экологической опасности в сельском хозяйстве остаются крупные животноводческие комплексы, особенно свиноводческие, где для удаления навоза предусмотрен гидросмыв, а также птицефабрики. Большинство из них построены в 70-е гг.. Технологическое оборудование устарело и вышло из строя, а реконструкция и техническое перевооружение очистных сооружений, строительство хранилищ отходов осуществляется крайне медленно. На значительных территориях вокруг таких комплексов происходит фильтрация жидкой фракции навоза в почву, грунтовые воды, загрязняется сельскохозяйственная продукция. Из 295 специализированных свиноводческих хозяйств (ком29

плексов) промышленные очистные сооружения имеются только на 52, а в 119 хозяйствах животноводческие стоки используются в растениеводстве с помощью ирригационных средств и методов на специализированных гидромелиоративных системах. Большую экологическую опасность в ряде регионов представляет бесконтрольное строительство мелких мясных, молочных и других предприятий, на которых затруднено решение вопросов очистки сточных вод и утилизации отходов производства, контроля качества сырья и готовой продукции, что может привести к дальнейшим экологическим последствиям. В настоящее время в большинстве регионов России сложился отрицательный баланс питательных веществ в пахотных почвах. С урожаем выносится в 3 раза больше элементов питания растений, чем вносится с удобрениями. Запасы почвенного кальция снизились почти наполовину. Около 30% вносимых на поля пестицидов и минеральных удобрений поступают в водные объекты. Опасность для ОС по-прежнему представляют продукты сгорания топлива при использовании сельскохозяйственной техники, эксплуатационные и технологические разливы топливо-смазочных материалов и их хранение в необорудованных складах, устаревшее холодильное оборудование. На долю сельского хозяйства приходится 1/4 объема используемой свежей воды в РФ и около 20% объема сброса сточных вод в поверхностные водоемы. Сельское хозяйство имеет 1/6 объема сброса загрязненных сточных вод в природные водные объекты России. По объему сброса сточных вод без какой-либо очистки вклад отрасли равен 50% общего объема сброса вод этой категории в целом по РФ. Чтобы избежать таких негативных последствий, Федеральным законом от 10 января 2002 г. "Об охране окружающей среды" (ст. 42) предусмотрены специальные требования в области охраны ОС при эксплуатации объектов сельскохозяйственного назначения, принимаются меры по реализации Государственной комплексной программы повышения плодородия почв России, плана мероприятий по охране ОС от загрязнения отходами животноводческих комплексов и птицефабрик. 1.4. Источники загрязнения в военно-промышленном комплексе Оборонная промышленность включает следующие отрасли: авиационную, судостроительную, электронную промышленности, производ30

ство боеприпасов и спецхимии ракетно-космической техники, промышленность вооружений, средств связи, радиопромышленность. Специфика и насыщенность производства определяют значительную долю оборонной промышленности в загрязнении ОС. Основными источниками являются промышленные котельные, испытательные станции авиационных и ракетных двигателей, литейные и гальванические производства, производства печатных плат, участки переработки пластмасс и окраски изделий, производство спецхимии. Наибольший объем сброса загрязняющих вод в водоемы осуществляют предприятия, производящие вооружение и боеприпасы (71,1% от общего сброса сточных вод этой категории по отрасли). Серьезной проблемой являются вопросы пролива и утечки нефтепродуктов и загрязнения ОС горюче-смазочными материалами (ГСМ). Например, автопарки, не оборудованные мойками с оборотным использованием воды, места заправки и обслуживания техники не имеют систем улавливания и сбора горючего и масел. Проблемой остается сброс нефтепродуктов с кораблей и других судов. Образование радиоактивных отходов происходит в процессе консервации и ликвидации оборонных объектов с ядерным оружием, а также при эксплуатации и утилизации Военно-морского флота с ядерными энергетическими установками и баз их обслуживания. Вооруженные силы РФ для своей деятельности имеют в пользовании 12,8 млн га земель, расположенных на территории России в населенных пунктах и отдельно в военных городках. Районы деятельности и жизнеобеспечения расположены на территории всей России, в том числе и в зонах с неблагоприятной экологической ситуацией. Это касается, в первую очередь, промышленных зон Урала, Московского региона, среднего Поволжья, Прикамья. Ракетная и ракетно-космическая техника оказывают при их использовании по назначению и уничтожению и (или) утилизации специфическое воздействие на природную зону и околоземное космическое пространство – это, в основном, обусловлено применением высокотоксичных компонентов ракетных топлив, необходимостью использования больших земельных площадей под районами падения отделяющихся частей средств выведения спутников Земли на орбиту. Происходит антропогенное воздействие на все слои атмосферы, включая озоновый, засорение околоземного космического пространства отработавшими объектами, их отделившимися фрагментами. 31

На объектах Министерств обороны ежегодно образуется около 110 млн т бытовых и более 850 тыс. т производственных твердых отходов, 90% бытовых отходов вывозится на свалки. В то же время данные Госкомстата РФ говорят о том, что оборонная промышленность и Вооруженные силы вносят незначительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха России (на уровне 1% выбросов РФ от промышленных стационарных источников). На долю отрасли приходится всего 2,2% объема используемой свежей воды промышленностью РФ и 1,3% сброса сточных вод в поверхностные водоемы. По объему сброса загрязненных вод вклад оборонных предприятий оценивается на уровне 1/25 общего объема сброса сточных вод этой категории в целом по промышленности РФ. Контрольные вопросы 1. Дайте определение понятий "окружающая среда", "природная среда", "среда обитания". В чем их отличие? 2. Дайте классификацию загрязнений природной среды по характеру возникновения загрязнений. 3. На какие основные группы можно подразделить антропогенные загрязнения? Какая из них представляет наибольшую опасность? 4. Что такое "первичное загрязнение" и "вторичное загрязнение"? 5. Как подразделяются загрязнения по масштабу воздействия? 6. Как подразделяются загрязнения по механизму воздействия? 7. Назовите основные причины загрязнений, представляющие опасность для ОС. 8. Как классифицируются факторы техногенного воздействия на ОС? 9. Назовите основные источники промышленных загрязнений среды обитания. Какие наиболее характерные и опасные выбросы загрязняющих веществ Вы знаете? 10. Назовите основные источники сельскохозяйственных загрязнений среды обитания. Какие загрязняющие вещества являются наиболее опасными для нее? 11. Назовите основные источники военных загрязнений (Вооруженные силы и оборонная промышленность). Какие загрязняющие вещества являются наиболее опасными для среды обитания?

32

2. МОНИТОРИНГ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ 2.1. Организация и задачи государственного мониторинга окружающей среды Для всестороннего анализа состояния ОС, оценки влияния на нее естественных антропогенных воздействий создана система регулярных длительных наблюдений в пространстве и во времени, которая дает информацию о прошлом и настоящем состоянии ОС, позволяющую прогнозировать на будущее изменение ее параметров, имеющих особенное значение для человечества. В Федеральном законе РФ "Об охране окружающей среды" (ст. 63 гл. Х) определяет организацию государственного мониторинга ОС следующим образом: "Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации и законодательством субъектов Российской Федерации в целях наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе за состоянием окружающей среды в районах расположения источников антропогенного воздействия и воздействием этих источников на окружающую среду, а также в целях обеспечения потребностей государства, юридических и физических лиц в достоверной информации, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды". Экологический мониторинг (ЭМ) – это комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе вариантов управленческих решений, необходимых для обеспечения управления состоянием ОС и экологической безопасности. Включает в себя мониторинг ОС, мониторинг источников антропогенного воздействия, биологический мониторинг. На рис. 2. 1 приведены основные компоненты системы мониторинга: – наблюдение за состоянием ОС и факторами, воздействующими на нее; 33

– оценка фактического состояния ОС; – прогноз состояния ОС в результате возможных загрязнений и оценка этого состояния. Экологический мониторинг является комплексным мониторингом биосферы. Он включает в себя контроль изменений состояния ОС под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.

Наблюдение

Прогноз состояния

Оценка фактического состояния

Регулирование качества среды

Оценка прогнозируемого состояния Рис. 2.1. Схема мониторинга

Основные задачи ЭМ антропогенных воздействий: – наблюдение за источниками антропогенного воздействия; – наблюдение за факторами антропогенного воздействия; – наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия; – оценка физического состояния природной среды; – прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды. Экологический мониторинг как функция управления представляет собой систему наблюдения за состоянием ОС, происходящими в ней физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир с целью обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в ОС, предупреждениями и прогнозами ее состояния. Наблюдения за состоянием ОС осуществляются специально уполномоченными государственными органами в области охраны ОС – Рос34

гидрометом при участии министерств и ведомств через систему наблюдения в городах, промышленных центрах, на водных объектах, в отдельных регионах, а также в космическом пространстве. Правительством РФ было принято постановление № 229 от 24 ноября 1993 г. "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга". В соответствии с постановлением общее руководство деятельностью Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) осуществляет Минприроды России. Постановлением также были распределены функции ЕГСЭМ между центральными органами федеральной исполнительной власти, а ряду министерств и ведомств было поручено обеспечить внедрение на подведомственных им предприятиях, в организациях и объединениях систем наблюдения и контроля за выбросами и сбросами загрязняющих веществ в ОС, а также другими источниками антропогенных воздействий. Контролирующие органы. Действенным институтом международного ЭМ является Европейское агентство по окружающей среде (ЕАОС), выполняющее функции органа по международному мониторингу ОС. В его задачи входит: – сбор и общее усовершенствование последовательности данных, необходимых для мониторинга ОС; – применение экспертных знаний для интерпретации данных, для предоставления политикам, организациям, реализующим социально-экономические программы, и общественности информации о нынешнем и будущем состоянии ОС. Работа ЕАОС охватывает территорию всей Европы. 2.2. Классификация мониторинга Объектами мониторинга являются атмосфера (мониторинг приземного слоя и верхней атмосферы); атмосферные осадки (мониторинг атмосферных осадков); поверхностные воды суши, океаны и моря, подземные воды (мониторинг гидросферы); криосфера (мониторинг составляющих климатической системы). Мониторинги различают по объектам наблюдения: атмосферный, воздушный, водный, почвенный, климатический, растительности, животного мира, здоровья населения и т. д. Существует классификация систем мониторинга по факторам, источникам и масштабам воздействия (см. табл. 2.1 и рис. 2.2). 35

Таблица 2.1 Классификация систем (подсистем) мониторинга [11] Принцип классификации

Универсальные системы

Реакция основных составляющих биосферы Различные среды

Факторы и источники воздействия

Острота и глобальность проблемы Методы наблюдения Системный подход

Существующие или разрабатываемые системы (подсистемы) мониторинга

Глобальный мониторинг (базовый, региональный, импактный уровни), включая фоновый и палеомониторинг. Национальный мониторинг (например, Единая государственная система ЭМ). Межнациональный мониторинг (например, мониторинг трансграничного переноса загрязняющих веществ Геофизический мониторинг. Биологический мониторинг, включая генетический. Экологический мониторинг (включающий вышеназванные, в том числе медико- экологический) Мониторинг антропогенных изменений (включая загрязнения и реакции на него) в атмосфере, гидросфере, почве, криосфере и биоте Мониторинг источников загрязнения. Ингредиентный мониторинг (например, отдельных загрязняющих веществ, радиоактивных излучений, шумов и т. д.) Мониторинг океана. Мониторинг озоносферы Мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям. Спутниковый мониторинг (дистанционные методы) Медико-биологический мониторинг (состояние здоровья). Экологический мониторинг. Климатический мониторинг. Вариант: биологический, геоэкологический, биосферный мониторинг

Мониторинг факторов воздествия – мониторинг различных химических загрязнений (ингредиентный мониторинг) и разнообразных природных и физических факторов воздействия (электромагнитное излучение, солнечная радиация, шум и др.). 36

Мониторинг источников

Источники воздействия

Мониторинг факторов воздействия

Факторы воздействия химические

биологические

физические

Природная среда Атмосфера

Океан

Поверхность суши с реками и озерами

Криосфера

Биота

Геофизический мониторинг Климатический мониторинг Экологический мониторинг

Рис. 2.2. Блок-схема системы мониторинга

Мониторинг источников загрязнений – мониторинг точечных стационарных источников (заводские трубы), точечных подвижных (транспорт), пространственных (города, поля с внесенными химическими веществами) источников. По масштабам воздействия: пространственный и временной. По характеру обобщения информации: – г л о б а л ь н ы й – слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли, включая все ее экологические компоненты, и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях; – б а з о в ы й – слежение за общебиосферами, в основном природными явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний; – н а ц и о н а л ь н ы й – мониторинг в масштабах страны; – р е г и о н а л ь н ы й – слежение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где они могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей биосферы; 37

– л о к а л ь н ы й – мониторинг воздействия конкретного антропогенного источника; – и м п а к т н ы й – мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах и местах. Классификация систем мониторинга может основываться и на методах наблюдения (мониторинг по физико-химическим и биологическим показателям, дистанционный мониторинг). Химический мониторинг – это система наблюдений за химическим составом (природного и антропогенного происхождения) атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений, растительности, животных и контроль за динамикой распространения химических загрязняющих веществ. Глобальной задачей химического мониторинга является определение фактического уровня загрязнения ОС приоритетными высокотоксичными ингредиентами (диоксиды серы и углерода, ртуть, свинец, оксиды азота, хлорорганические соединения, нитраты, нитриты, нефтеуглеводороды, кадмий и его соединения, фтористые соедиения, мышьяк, асбест, микротоксины, микробиологическое заражение, радионуклиды). Физический мониторинг – система наблюдений за влиянием физических процессов и явлений на ОС (наводнения, вулканизм, землетрясения, цунами, засухи, эрозия почв и т. д.). Биологический мониторинг – мониторинг, осуществляемый с помощью биоиндикаторов (т. е. таких организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде). Экобиохимический мониторинг – мониторинг, базирующийся на оценке двух составляющих ОС (химической и биологической). Дистанционный мониторинг – в основном, авиационный, космический, мониторинг с применением летательных аппаратов, оснащенных радиометрической аппаратурой, способной осуществлять активное зондирование изучаемых объектов и регистрационно опытных данных. Наиболее универсальным является комплексный ЭМ ОС. Комплексный экологический мониторинг – это организация системы наблюдений за состоянием объектов ОС для оценки их фактического уровня загрязнения и предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей и других живых организмов. Различают локальный, региональный и фоновый мониторинги . 38

При проведении комплексного ЭМ ОС: – проводится постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т. д.), а также оценка состояния и функциональной целостности экосистем; – создаются условия для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются. 2.3. Характеристика технических средств получения и обработки информации в составе комплексного мониторинга Система комплексного мониторинга предусматривает: – выделение объекта наблюдения; – обследование выделенного объекта наблюдения; – составление для объекта наблюдения информационной модели; – планирование измерений; – оценку состояния объекта наблюдения и идентификацию его информационной модели; – прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения; – представление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя. Наличие комплексного ЭМ повышает требования к соблюдению экологических норм и правил, позволяет реализовать систему превентивных мер и снижение экологического риска на основе аналитического прогноза фактической безопасности конкретной геотехнической системы (рис. 2.3) [11]. Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе комплексного ЭМ включает: 1. Для низового уровня мониторинговой сети: – стационарные посты по воздуху и воде; – передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега; – передвижные станции контроля выбросов и сбросов; – инспекционные службы; – службы получения данных от населения. Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в результате проведения исследований, расчетов на имеющихся моде39

Фоновый уровень загрязнений осваиваемой экосистемы

Комплексный ЭМ геотехнической системы

Техногенные характеристики системы

Прогноз развития экологической ситуации в геотехнической системе Адекватная система инженерно-логического обеспечения

Прогноз остаточного ущерба

Эколого-экономическое обоснование комплексного восстановления баланса нарушенной территории

Рис. 2.3. Структура аналитического прогноза экологической безопасности на основе комплексного мониторинга

лях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территориального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за ОС. 2. Для среднего уровня сети: – центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающихся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач. 3. Для высшего уровня сети: – пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки. Непосредственными пользователями являются инспектора по охране ОС. К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы, устройства загрузки данных, устройства передачи данных и др. Для автоматического измерения концентрации наиболее распространенных видов загрязнений в воздухе используются следующие основные методы: – химической люминесценции (для определения концентрации азота); – ультрафиолетовой флюоресценции (для определения концентрации диоксида серы и сероводорода); 40

– ультрафиолетового поглощения (для измерения концентрации оксида и диоксида углерода); – плазменно-ионизационный (для измерения концентрации суммы углеводородов и суммы углеводородов за вычетом метана); – поглощения бета-излучений (для контроля пыли). Кроме того, для измерения концентрации загрязнений используются традиционные методы аналитической химии и газовой крамотографии. В качестве устройств загрузки данных используются либо универсальные программируемые логические контролеры, либо специализированные микропроцессорные контролеры. Устройства передачи данных состоят из передающей и принимающей аппаратуры. В качестве передающей аппаратуры применяются серийные телефонные модели, использующие стандартные протоколы СС1ТТ. В качестве принимающей аппаратуры при небольшом числе локальных узлов сети на первой стадии работы можно использовать те же модели, стыкуя их с персональными компьютерами типа 1ВМ. По мере увеличения числа узлов и доведения их до 100–150 шт. для работы в реальном времени необходимо использовать коммутаторы (отечественные или зарубежные). Требования к средствам обработки информации В сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит первичную обработку собранных данных. В локальных и центральном вычислительных центрах вычисляются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т. п. Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции: – управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности; – сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений; 41

– ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа; – обработку информации для получения общей картины загрязнений, для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.; – подготовку и выдачу информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т. п.; – передачу информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр. Вычислительный центр мониторинга выбросов выполняет следующие функции управления работой всех служб наблюдения: – автоматический и автоматизированный сбор информации от арбитражных стационарных постов и передвижных лабораторий контроля выбросов; – ведение банков данных информации о выбросах и информации, собранной службами наблюдения с обеспечением надежности хранения информации и защитой от несанкционированного доступа; – обработку информации для определения вероятных источников выбросов, вычисление объемов выбросов по предприятиям, подготовку предложений по природоохранным мероприятиям, вычисление ущерба от выбросов в ОС и т. п.; – подготовку в плановом порядке и по запросам справок, сводок о текущем состоянии по загрязнению и выбросам в ОС, ходе и эффективности проведения природоохранных мероприятий. Сравнение функций, выполняемых центрами мониторинга загрязнений и выбросов, показывает, что состав вычислительных центров может быть достаточно близок по аппаратурной части и отличаться лишь составом программного обеспечения. В целом аппаратура вычислительных центров включает в себя центральную ЭВМ, коммуникационную систему для приема и передачи данных и некоторое количество специальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения прикладных задач обработки и отображения информации. Задачи региональной сети и основные требования к ней: – регулярная (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т. п.) передача данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий; 42

– передача данных, поступающих от населения, о тревожных и аварийных ситуациях; – передача данных по каналам связи от вычислительного центра пользователям информации региональной власти, заинтересованным организациям, населению и т. п.). Данные, передаваемые от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелики по объему (сотни байт), но передаются достаточно часто. Скорость передачи данных велика – сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие процессы в атмосфере и воде имеют скорость распространения десятки минут, часы. Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1–2 раза в сутки, объем их достаточно велик (единицы и десятки килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки. При передаче данных от точек измерения передатчиком является загрузчик данных, а приемником – оконечная ЭВМ типа персонального компьютера с процессором Pentium-IV в вычислительном центре. При передаче данных пользователям передатчиком является оконечная ЭВМ типа 1ВМ РС, а приемником выступает автоматизированное рабочее место (АРМ) пользователя, установленное в заинтересованных службах и организациях. Наконец, при передаче данных от населения передатчиком и приемником является человек. Во всех случаях расстояние между абонентами сети передачи данных может измеряться десятками километров. В качестве каналов связи могут выступать радио, сотовая телефонная связь, традиционные телефонные линии, телеграф, телетайп, радиорелейные линии. При использовании телеграфных, телетайпных, радиорелейных линий для передачи данных от точек измерения возникает необходимость в разработке дополнительного аппаратного и программного обеспечения для стыковки каналов связи с оконечным ЭВМ, что затягивает и удорожает разработку сети наземных измерений. Использование автоматической радиотелефонной связи широко распространено в развитых странах, в России в настоящее время в основном используются телефонные линии, которые имеют достаточную надежность при низкой скорости передачи (до 300 бод). 43

Информационное и программное обеспечение Информационное обеспечение системы ЭМ должно содержать: – упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных); – инфраструктуру собственно информационной базы данных; – методики сбора данных от стационарных и передвижных постов; – методики передачи данных, полученных от постов различного уровня; – методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния ОС; – методики определения источников выбросов; – структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб. Программное обеспечение сети комплексного ЭМ должно включать: – развитые операционные системы типа WINDOWS-XP, NT; – стандарные базы данных типа DBASE, ORACLE с драйверами для передачи данных между различными ЭВМ; картографическое и графопостроительное обеспечение типа MERKATOR; – мониторы для управления сбором данных; – прикладные пакеты программ, работающие в реальном времени, для обработки и передачи данных от стационарных постов наблюдения; – прикладные пакеты программ для построения прогнозов и определения источников выбросов. Базы данных сети мониторинга Базой данных (БД) называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при выборе структуры БД является модель представления данных. По способу организации различают реляционные, иерархические и сетевые БД. Р е л я ц и о н н ы е – строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. БД при этом представляется в виде совокупности таблиц. 44

И е р а р х и ч е с к и е – строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. БД представляется при этом в виде совокупности деревьев. С е т е в ы е – строятся на основе сетевой модели данных, в которой данные имеют структуру ориентированного графа. БД представляется ориентированной сетью. Выбор конкретной БД зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные БД: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др. База данных по воздуху. Система сбора данных по качеству воздуха будет получать информацию о качественном и количественном состоянии метеорологических и физических величин, полученных от автоматических приборов для измерения фоновых параметров, метеорологических автоматических приборов, передвижных лабораторий и изучения движения транспорта. Информация заносится в память и обрабатывается для дальнейшего получения параметров, которые будут использоваться при планировании природоохранных мероприятий. База данных по воздуху включает в себя БД по выбросам в атмосферу и БД по загрязнению атмосферного воздуха. Обе должны отвечать следующим требованиям: – иметь в наличии максимум информации, занимая наименьший объем памяти; – обеспечивать благодаря легкому доступу быструю обработку информации; – обладать гибкостью в отношении доступа, поиска и обработки информации; – содержать всю необходимую статистическую информацию. Кроме того, по выбросам в атмосферу банк данных должен содержать сведения о промышленных предприятиях, включая назначение и географические координаты, установленные для него предельно допустимые выбросы (ПДВ), их фактические значения и т. п. База данных по загрязнению атмосферного воздуха содержит координаты каждого стационарного поста или место нахождения передвижной лаборатории с указанием времени измерения и привязанного к нему значения каждого измеряемого ингредиента. 45

Способы доступа в БД должны быть простыми и "направляемыми" самой системой. Порядок доступа должен зависить от организации БД. Уровень доступа определяет точку входа в БД и область ее вывода на экран: чем выше уровень доступа, тем более обширной будет представленная информация. Частная, с точки зрения потребителей, БД создается на трех уровнях: – уровень доступа в БД; – уровень прикладных программ; – уровень данных. На уровне доступа в БД осуществляется управление авторизованным доступом и собственно доступ в БД. Затем потребитель входит в уровень прикладных программ, в котором он может выполнить определенное число функций в зависимости от разрешенного уровня доступа. Выполнив функции, потребитель попадает в уровень данных. Способы взаимодействия потребителя с архивом, прикладными программами и данными не должны зависеть от деталей построения БД. База должна иметь защиту от несанкционированного доступа на любом уровне. База данных по водным объектам. По каждому речному бассейну приводятся данные о социально-экономической структуре, гидрологические и гидрогеологические параметры, водообеспеченность, данные по экстремальным ситуациям и характеристики наводнений, организация водосборной территории, данные по ирригации и дренажу, данные по качеству воды и контролю их загрязнения, гидротехнические сооружения и электростанции, земельные и растительные ресурсы, животный мир, рекреационная освоенность территории и ее перспективы, законодательные акты. Структурно, информационно и программно БД по водным и иным объектам мониторинга выполняются аналогично вышеописанной БД по атмосферному воздуху. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 46

Что такое ЭМ? Назовите основные задачи ЭМ антропогенных воздействий. Какие виды мониторинга различают по объектам наблюдения? Назовите универсальные системы мониторинга. Что такое комплексный ЭМ?

6. Назовите системы мониторинга, которые различают по характеру обобщения информации. 7. Какие системы мониторинга различают по методам наблюдения? 8. Назовите общую структуру аппаратных средств в системе комплексного ЭМ. 9. Какие функции выполняет вычислительный центр сети мониторинга загрязнений и выбросов? 10. Назовите задачи региональной сети мониторинга. 11. Какие каналы связи могут использоваться для передачи данных от стационарных постов и передвижных лабораторий? 12. Дайте определение БД сети мониторинга. Какие различают БД по способу их организации?

47