Мониторинг локальных природно-технических

Систем

Как отмечалось выше, мониторинг особенно актуален для природно-технических систем - комплексов, в которых тесно взаимодействуют тех­нические средства и компоненты природной среды. К ним относятся ме­лиоративные, промышленные, транспортные геоэкосистемы, районы функционирования ГЭС и АЭС и другие подобные объекты. В результате воздействия технических средств часто возникают неблагоприятные по­следствия как для природы, так и для человека. Поэтому необходимы ре­гулярные комплексные наблюдения и контроль за состоянием природно-технических систем и условиями жизнеобитания населения. В разных гео­экосистемах набор конкретных видов и характер наблюдений неодинако­вы. В связи с этим рассмотрим особенности геоэкологического монито­ринга в некоторых типах природно-технических систем (геоэкосистем), исходя из их функции опального назначения.

5.4.1. Мониторинг мелиоративных геоэкосистем. Мелиоративные геоэкосистемы рассматриваются как совокупности ландшафтно-экологических, мелиоративно-агротехнических и социально экономических компонентов, которые, взаимодействуя между собой и пределах одной территории, функционируют как единое целое. Они получили широкое распространение. К концу 1997 г. площадь их в России со ставила 9,6 млн га, в том числе орошаемых земель - 4,9 млн га, осушенных -4,7 млн га (Государственный доклад..., 1998).

Орошение и осушение ведут к нарушению многих естественных процессов, что неизбежно отражается на состоянии и функционировании всего природного комплекса. В результате мелиоративного воздействия изменяются водно-воздушный режим почвогрунтов, направление и ско­рость протекания основных почвообразовательных процессов, строение и свойства почв, состав и продуктивность фитоценозов, возрастает вынос минеральных и органических веществ с дренажным стоком, изменяется микроклимат территорий и т.д. Природно-экологические последствия ме­лиорации могут иметь как позитивный, так и негативный характер. Во многих случаях преобразовательный эффект мелиорации снижается из-за проявления в ландшафте процессов и явлений, ухудшающих не только ус­ловия произрастания сельскохозяйственных культур, но и условия труда и отдыха населения (из-за подъема или снижения уровня почвенно-грунтовых вод выше или ниже критического, подтопления и иссушения, вторичного засоления почв и др.). Эффективность ряда мелиоративных систем оказывается недостаточной из-за просчетов в планировании и проектировании мелиорации или снижается со временем. Сохраняется тен­денция к увеличению площади земель с неблагоприятной мелиоративной обстановкой и снижению их продуктивности. В связи с этим возникает необходимость организации мониторинговых наблюдений как в пределах самих систем, так и на прилегающих к ним территориях.

Главная задача мониторинга заключается в слежении и контроле за со стоянием природных комплексов и компонентов, а также их изменением под влиянием мелиоративных мероприятий. Целью наблюдений является своевременное и оперативное предупреждение нежелательных последст вий, эффективное использование позитивных изменений геосистем и эко­систем в хозяйственных целях (Аношко, 1987). Учитывая, что мелиорация влияет прежде всего на режим поверхностных и почвенно-грунтовых вод, структуру почвенного покрова и свойства почв, видовой состав и состоя­ние растительности, первостепенное внимание следует уделить фиксации изменений этих компонентов. Наблюдения должны проводиться сопря­женно и носить комплексный характер, что позволяет не только выявить. изменения, происходящие в природе, но и определить степень их воздействия на формирование всего природно-мелиоративного комплекса.

Основной путь получения мониторинговой информации - проведе­ние наблюдений на сети природно-мелиоративных стационаров и стан­ций; часть информации может быть получена путем использования дис­танционных методов исследований. Стационарные наблюдения целесо­образно организовать в каждой природно-мелиоративной провинции в типичных для нее ландшафтно-экологических и социально-экономических условиях. Участок исследований должен представлять хорошо выраженную полузамкнутую территорию, позволяющую фикси­ровать приход и расход вещества и энергии. Этому условию отвечают бассейны малых и средних рек, а также природно-мелиоративные систе­мы, включающие сеть гидротехнических сооружений и зону их влияния на окружающую природную среду.

Непосредственными объектами мониторинговых исследований явля­ются природные комплексы в ранге урочищ и подурочищ (мелиорируе­мые, измененные и фоновые). Через комплексы разной степени транс­формации прокладываются ландшафтные профили или трансекты, на ко­торых выбираются точки для проведения наблюдений. Состав и перио­дичность наблюдений должны быть рассчитаны на выявление динамичес­ких показателей изменения природных систем, происходящего под воз­действием как техногенных, так и естественных факторов.

Программа исследований на точках (площадках) включает: тепло-балансовые и воднобалансовые наблюдения (3-6-е суточные серии 3-5 раз в течение вегетационного периода), наблюдения за уровнем почвенно-грунтовых вод, влажностью и аэрацией почв (раз в 7-10 дней), сне­гомерную съемку (1-2 раза в год), полный агрохимический анализ почв (I -3 раза за вегетационный период), гидрохимический анализ поверхност­ных, почвенно-грунтовых и дренажных вод (1-2 раза в месяц). Ежегодно необходимо проводить геоботаническое описание площадок, определение продуктивности фитоценозов, балансовые наблюдения органического ве­щества и гумуса в почвах. Особое внимание следует уделить изучению по­ступления минеральных и органических веществ извне (с удобрениями, пестицидами, паводковыми водами и др.), выносу и отчуждению их через сток, с урожаем сельскохозяйственных культур, при вырубке лесов и т.п.

Данные, полученные на основе комплексных наблюдений, представ­ляют большой интерес для оценки и прогнозирования изменений при­родных систем под влиянием мелиорации, служат ценным материалом для отработки способов регулирования природных процессов. В связи с этим следует рассмотреть вопрос об унификации и совершенствовании про­грамм и методов наблюдений, проводимых на мелиоративных системах различными организациями. Представляется, что в основу модернизации может быть положена концепция геоэкосистемного мониторинга, который направлен не только на определение отдельных параметров, но и на изучение состояния природных систем как интегрального выражения изменения их структуры и функционирования.

5.4.2. Мониторинг промышленных геоэкосистем. К промыш­ленным геоэкосистемам относят различные технические объекты про­мышленного назначения в совокупности с окружающей их природной сре­дой, на которую эти объекты оказывают существенное влияние. Ими могут быть отдельные предприятия (например, рудники, фабрики по первичной обработке сырья, машиностроительные и химические заводы и др.) или более сложные производственные комплексы (например, горнометаллур­гические и нефтехимические комбинаты и др.). Воздействие промышлен­ных объектов на природные системы выражается прежде всего в загрязне­нии воздуха, вод и почв, отчуждении и нарушении земель, уничтожении

растительности и т.д.

Организация мониторинга промышленной геоэкосистемы начинает­ся с определения отрасли, к которой принадлежит инженерное сооруже­ние, изучения технологии производства, инвентаризации потребляемых ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ, а также анализа со­стояния природной среды окружающей предприятие территории. В сбро­сах и выбросах должны учитываться тепло, взвешанные частицы, аэрозо­ли, химические соединения и радиоактивные вещества (если они выделя­ются в процессе производства).

Если предприятие еще не вступило в эксплуатацию, то на стадиях проектирования и строительства целесообразно провести исследование территории по программе мониторинга, результаты которого могут слу­жить исходным материалом для определения направления и степени изме­нения природных условий в районе предприятия после его сооружения.

Мониторинг промышленных геоэкосистем проводится как собствен­ными службами предприятий, так и независимыми организациями (мест­ными органами Росгидромета, Госсанэпиднадзора, Комитета природных ресурсов). Подлежащие определению в ходе наблюдений загрязнители ус­танавливаются в соответствии с профилем предприятия. При мониторинге источников загрязнения следует обращать особое внимание на возмож­ность концентрации различных веществ, содержащихся в используемых природных ресурсах, образующихся "хвостах", сбросах и выбросах про­изводства.

Для оценки состояния среды в условиях промышленных геосистем используются прежде всего санитарно-гигиенические нормативы чистоты воздуха, воды и почв, которые служат средством ограничения негативного воздействия на природу. Организация системы контроля за загрязнением среды основана на принципе установления предприятиям таких нормати­вов, как предельно допустимого выброса (ПДВ) для воздуха и предельно допустимого сброса (ПДС) для водных объектов. Они устанавливают­ся, исходя из условий функционирования промышленных предприятий: особенностей и состояния природной среды, уровня загрязнения компонентов природы, территориальной концентрации производств и их взаиморасположения, самоочищающейся способности среды. Контроль за соблюдением величин выбросов и сбросов загрязнителей является одной из важнейших задач мониторинга промышленных геоэкосистем.

Установление ПДВ и ПДС вредных веществ в атмосферу и воды и регулярное слежение за соблюдением их на предприятиях способствует стимулированию применения современных, наиболее эффективных средств по ликвидации или снижению выбросов и позволяет осуществить действенный контроль за состоянием окружающей среды.

Для оценки качества среды кроме санитарно-гигиенических норма­тивов целесообразно использовать и экологические показатели чистоты воздуха, воды, почв и биоты, которые служат также средством ограниче­ния негативного воздействия на природу. Наряду с компонентными значи­тельный интерес представляет применение комплексных экологических показателей, характеризующих состояние геосистем и экосистем в целом (продуктивность биогеоценозов, баланс вещества и энергии, способность к самоочищению и др.). Использование нормативов, лимитирующих влия­ние различных источников загрязнения на природу, позволяет регулиро­вать качество окружающей среды путем воздействия как на технические средства, так и на технологические процессы производства.

5.4.3. Геоэкологический мониторинг района АЭС. Особенность функционирования атомных электростанций (АЭС) связана с выделением радиоактивных отходов производства, что может привести к загрязнению природной среды и негативно повлиять на состояние живых организмов. Особую опасность представляют аварийные выбросы радионуклидов. В результате аварии на Чернобыльской АЭС в 14 регионах Российской Федерации радиоактивному загрязнению (с уровнем накопления цезия-137 выше 1 КИ/км²) подвержены сельскохозяйственные угодья на площади 3,5 млн га н земли лесного фонда на площади около 1 млн га (Го­сударственный доклад...,1998).

В целях обеспечения радиационной безопасности на АЭС организо­ван регулярный контроль за источниками выделения радионуклидов и их содержанием в отдельных природных средах. В пределах санитарно-защитной зоны радиусом 3 км периодически отбираются пробы воздуха, воды, снега, почв, растительности, донных отложений в водоемах-охладителях. Результаты анализа проб сравниваются с данными анализа подобных образцов, взятых за пределами зоны возможного влияния АЭС на окружающую природную среду.

Такая система контроля удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям защиты человека от радиоактивного воздействия, однако она не гарантирует безопасности окружающих биогеоценозов, как бы "изоли­рует" человека от природной среды (Бадяев и др., 1990). Отбор проб, осуществляемый по основным румбам на разных расстояниях от АЭС, произ­водится без учета естественной дифференциации природных комплексов (в том числе без учета влияния мезорельефа) и ландшафтно-геохимических условий территории, определяющих миграцию загрязняющих веществ. Кроме того, существующий на АЭС контроль не включает регулярное слежение за тепловым и химическим загрязнением водоемов-охладителей, нарушением и изменением прилегающих к станции ландшафтов, транс­формацией среды, обусловленной урбанизацией региона (в связи с влияни­ем вспомогательных предприятий АЭС, проложенных дорог и автотранс­порта, рекреационной нагрузкой и др.). Поэтому возникает необходимость в организации службы геоэкологического мониторинга района АЭС - ре­гулярных наблюдений за состоянием и антропогенным изменением гео- и экосистем (составной частью которых должны быть и радиационные на­блюдения) с целью оценки и прогноза последствий влияния атомной стан­ции на окружающую природную среду.

Концепция комплексного экологического мониторинга примени­тельно к регионам АЭС была разработана в институте "Атомэнергопроект" (Егоров, 1995 и др.). Из нее следует, что назначение мониторинга состоит в получении информации о состоянии природной среды и условиях жизни населения в районе станции с целью оценки уровня ее экологической безопасности и управления системой "АЭС - окружающая среда" для под­держания экологической безопасности этой системы.

На наш взгляд, реализация концепции должна происходить на базе ландшафтно-геохимического подхода. Его сущность - выделение и изуче­ние природных и природно-антропогенных систем по условиям миграции и накопления химических элементов. В соответствии с этим положением в зоне влияния АЭС (в радиусе 30-50 км) целесообразно выделить водосбор­ные бассейны, которые характеризуются определенностью границ и одно­направленностью миграционных процессов. Затем в пределах водосборов оконтуриваются элементарные ландшафты с разделением их на элюви­альные, трансэлювиальные и аккумулятивные. В результате строится крупномасштабная (1: 25 000 - 1: 100 000) ландшафтно-геохимическая карта зоны влияния АЭС, позволяющая выявить наименее устойчивые (уязвимые) к загрязнению, так называемые "критические" комплексы, ус­тановить геохимические барьеры, способствующие накоплению радионук­лидов, тяжелых металлов и других ингредиентов.

Непосредственными объектами геоэкологического мониторинга вы­ступают источники загрязнения, водоемы-охладители, "критические" ком­плексы (биогеоценозы), нарушенные ландшафты, природоохранные объ­екты, эталонные территориальные и аквальные комплексы, расположен­ные за пределами зоны влияния АЭС. В границах объектов мониторинга периодически осуществляется дозиметрический контроль, отбираются пробы для определения радионуклидов (стронция-90, цезия-137, трития и др.), гидробиологическое обследование водоемов и диагностирова­ние "критических" биогеоценозов и эталонов (с агрохимическим анализом почв, описанием видового состава и обилия растительности, определением продуктивности фитоценозов и др.). Для выявления содержания радионук­лидов и тяжелых металлов отбираются пробы снегового покрова, верхнего горизонта почв, торфа, донных отложений водоема-охладителя, лесной подстилки, хвои и листьев деревьев, мхов, лишайников и других элементов природных комплексов. Результаты исследований сравниваются с данны­ми анализов, измерений и описаний, полученными на аналогичных био­геоценозах за пределами зоны влияния АЭС.

Оценка степени радиационного воздействия АЭС на прилегающие геосистемы и экосистемы затруднена в связи с отсутствием достоверных и систематизированных данных об эффектах накопления радионуклидов в отдельных компонентах природы (прежде всего биоте). В связи с этим в качестве основного критерия степени радиационного загрязнения террито­рии может быть использована среднегодовая величина эффективной (экви­валентной) дозы облучения человека, единицей измерения которой являет­ся зиверт (Зв). В качестве предельной дозы излучения принимается показа­тель, равный 1 мЗв/год (0,1 бэр/год). Исходя из этого, территории со сред­негодовым значением дополнительной (сверх естественного фона) эффек­тивной дозы, не превышающей 1 мЗв/год, рассматриваются как относи­тельно благополучные; участки местности со значениями дополнительной дозы в диапазоне 5-10 мЗв/год и более 10 мЗв/год относят соответст­венно к зонам экологического кризиса и экологического бедствия или ка­тастрофической ситуации (Критерии оценки..., 1992).

Материалы, полученные в результате наблюдений и оценки, могут быть использованы для построения прогнозных моделей функционирова­ния водных и наземных комплексов, а также для принятия решений в про­цессе управления состоянием природных объектов в системе "АЭС - ок­ружающая среда".