МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

6.1 Наземная сеть наблюдений Росгидромета РФ

В соответствии с Постановлением Правительства РФ № 1229 от 24.11.1993 г. «О создании единой государственной системы экологического мониторинга» организацией мониторинга состояния атмосферы, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства, комплексного фонового и космического мониторинга состояния окружающей среды призвана заниматься Федеральная служба Российской Федерации по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет РФ).

Росгидромет РФ обеспечивает развитие и функционирование государственной службы наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, основой которой является наземная сеть наблюдений (НСН) Росгидромета [22].

В соответствии с возложенными на нее задачами наземная сеть наблюдений Росгидромета РФ осуществляет:

- проведение регулярных метеорологических, аэрологических, гидрологических, морских гидрометеорологических, агрометеорологических, гелиогеофизических наблюдений, а также наблюдений за загрязнением окружающего воздуха, почв, поверхностных вод суши, морской среды, атмосферных осадков, снежного покрова, включая радиоактивное заражение;

- выполнение наблюдений за опасными и стихийными гидрометеорологическими и гелиофизическими явлениями, опасными экстремально высокими уровнями загрязнений (ЭВУЗ) окружающей среды;

- выполнение первичной обработки результатов всех наблюдений (в т.ч. анализ проб объектов природной среды);

- передача в установленном порядке текущей, оперативной и срочной информации в виде телеграмм и радиограмм;

- обеспечение гидрометеорологическими и гелиофизическими данными народного хозяйства, органов государственной власти и Вооруженных Сил РФ, в т.ч. прогнозами и предупреждениями, полученными от прогностических органов Росгидромета РФ;

- обеспечение информацией о возникновении опасных стихийных гидрометеорологических и гелиофизических явлений, об экстремальных уровнях загрязнений окружающей среды, в т.ч. при проведении аварийно-спасательных работ в районах стихийных бедствий, промышленных аварий и в других чрезвычайных ситуациях.

Наземная сеть наблюдений Росгидромета РФ является также базой экспериментальных наблюдений, опытной эксплуатации новых технических средств измерений, апробаций новых методик наблюдений, проведения производственной практики студентов высших учебных заведений и учащихся средних специальных заведений.

Основу наземной сети наблюдений составляют пункты наблюдений, в которых осуществляется производство наблюдений по той или иной заданной программе. Совокупность пунктов наблюдений конкретного вида образует сеть.

Пункт наблюдения – постоянное место, где производится наблюдение за отдельными гидрометеорологическими величинами или их комплексом, атмосферными явлениями и другими показателями окружающей среды.

В наземную сеть наблюдений входят следующие сети пунктов наблюдений:

- метеорологическая;

- авиаметеорологическая;

- актинометрическая;

- теплобалансовая;

- аэрологическая (радиозондирование);

- метеорологическая радиолокационная (МРЛ), включая сеть автоматических радиолокационных комплексов «АКСОПРИ» и «МЕТЕОЯЧЕЙКА»;

- агрометеорологическая;

- озонометрическая;

- наблюдений за атмосферным электричеством;

- магнитная;

- ионосферная;

- наблюдений за испарением с поверхности воды, почвы, снега;

- гидрологическая на реках и каналах;

- гидрометеорологическая на озерах и водохранилищах;

- водобалансовая;

- болотная;

- снеголавинная;

- селестоковая;

- морская гидрометеорологическая;

- береговая, в т.ч. морская судовая, устьевая и морская экспедиционная;

- наблюдений за химизмом (химическим составом) осадков;

- наблюдений за уровнем радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных вод суши, морских вод, почвы и снежного покрова;

- наблюдений за трансграничным переносом загрязняющих веществ;

- гелиофизических.

Организационную структурную единицу наземной сети наблюдений Росгидромета РФ, осуществляющую наблюдения и руководство выполнением измерений в закрепленных пунктах, а также обработку результатов наблюдений в соответствии с программой работы, называют сетевой наблюдательной организацией (СНО) [22].

В системе Росгидромета РФ различают следующие сетевые наблюдательные организации: гидрометеорологические обсерватории, станции и посты, партии, отряды, лаборатории. С целью рационального построения наземной сети наблюдений, исходя из экономических, социальных и других аспектов, организационно СНО может объединять несколько пунктов (видов) наблюдений. В зависимости от объема выполняемых работ и программы наблюдений принято различать целевые и многоцелевые СНО.

К целевой СНО относится СНО, выполняющая, как правило, один вид наблюдений. К целевой также относится СНО, выполняющая два и более вида наблюдений, но они не обеспечены штатными единицами. К многоцелевым относится СНО, выполняющая два или более вида наблюдений, при этом каждый из них обеспечен штатной единицей.

Пункты наблюдений СНО могут быть либо сконцентрированы в одном месте, либо размещены (разнесены) по территории географического пункта.

Особым видом СНО являются гидрологические станции, которые, как правило, не выполняют наблюдения в пунктах их нахождения, а выполняют только административные функции по отношению к закрепленным постам и информационное обеспечение потребителей.

В своей деятельности СНО руководствуются нормативными документами по видам наблюдений, которые регламентируют требования к методике выполнения наблюдений, унификации приборов и установок, обработке результатов наблюдений, передаче информации, а также обеспечению потребителей информацией.

НСН Росгидромета является государственной гидрометеорологической сетью наблюдений и по уровню решаемых задач, масштабам обобщения и использования информации о состоянии и загрязнении окружающей среды делится на две категории:

- основную сеть (сеть федерального уровня);

- дополнительную (сеть территориального уровня).

Основная сеть СНО представляет собой минимально необходимую с точки зрения научной, хозяйственной и экономической целесообразности систему, предназначенную для изучения режима и состояния окружающей среды, гидрометеорологического и гелиографического обеспечения страны в целом или крупных ее регионов.

Дополнительная сеть СНО предназначена для решения локальных задач и учета специфичных гидрометеоусловий и изучения режима и состояния окружающей среды в особых физико-географических и климатических районах в интересах местных потребителей информации.

НСН Росгидромета финансируется из госбюджета: основная сеть – из федерального бюджета; дополнительная сеть – из местного или за счет заинтересованных организаций на основе соглашений УГМС с органами исполнительной власти субъектов РФ.

Из СНО основной сети выбираются те, которым присваивается статус реперной.

Сетевые наблюдательные организации (НО), входящие в состав основной сети являются корреспондентами Гидрометцентра России. СНО дополнительной сети передают информацию в УГМС.

Из числа СНО основной сети выделяются СНО для международного обмена:

- СНО Глобальной сети;

- СНО региональной опорной синоптической сети (РОСС);

- СНО, информация которых публикуется в режимных справочных изданиях международного обмена.

Программа наблюдений и объем работ СНО дифференцируется разрядами, а в пунктах наблюдений за загрязнением окружающей среды - категориями.

6.2 Мониторинг загрязнения атмосферы в городах и других населенных пунктах

Обеспечение государственных органов, учреждений и организаций систематической информацией и прогнозами об уровнях загрязнения атмосферы, обусловленных хозяйственной деятельностью и метеорологическими условиями лежит на Росгидромете России.

Решение этой задачи включает:

- наблюдение за уровнем загрязнения атмосферы;

- оценку уровня загрязнения и его изменений под влиянием хозяйственной деятельности и метеоусловий;

- прогноз ожидаемых изменений качества воздуха за длительный период.

В целях унификации способов наблюдений, химического анализа проб воздуха, статистического анализа информации, форм ее предоставления разработано «Руководство» по контролю загрязнения атмосферы населенных пунктов [23]. Данный документ регламентирует для отдельных видов мониторинга загрязнения атмосферы основные правила по следующим направлениям:

- организация и проведение мониторинга (выбор места наблюдения, программы работ, проведение измерений);

- анализ отобранных проб воздуха, атмосферных осадков, снежного покрова;

- сбор, обработка, статистический анализ и представление информации заинтересованным организациям.

Организация наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы (общие требования)

Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляется на постах наблюдений.

Постом наблюдения является выбранное место (точка местности), на котором размещается павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами.

Посты наблюдений могут быть трех категорий:

- стационарные;

- маршрутные;

- передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных загрязняющих веществ (ЗВ).

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно установить стационарный пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например, в новых районах.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб над дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника загрязнения промышленными выбросами.

Стационарные посты оборудуются специальными павильонами. Наблюдения на маршрутных постах ведут с помощью передвижной лаборатории, которая оснащена необходимыми приборами и оборудованием. Маршрутные посты также устанавливаются в заранее выбранных точках. Одна автомашина объезжает за рабочий день 4-5 точек. Наблюдения под факелом предприятия также проводятся с автомашины. Подфакельные посты представляют собой точки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в соответствии с направлением факела обследуемого источника выбросов.

Размещение и количество постов наблюдений

Репрезентативность наблюдений за состоянием загрязнения атмосферы в городе зависят от правильности расположения поста на обследуемой территории. При выборе места расположения поста прежде всего следует установить, какую информацию ожидают получить: уровень загрязнения, характерного для данного района города, или концентрацию примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия, крупной автомагистрали.

В первом случае пост должны находится на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. Благодаря значительному перемешиванию городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Во втором случае пост располагается в зоне максимальной концентраций примесей, связанных с выбросами рассматриваемого источника.

Независимо от категории каждый пост размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с не пылящим покрытием (асфальт, газон, твердый грунт). В противном случае он будет характеризовать уровень загрязнения создаваемый в конкретном месте и будет либо занижать, либо завышать реальный уровень загрязнения.

Число стационарных постов определяется в зависимости от численности населения в городе, площади населенного пункта, рельефа местности и степени индустриализации, рассредоточенных мест отдыха.

В зависимости от численности населения число постов устанавливается следующее:

до 50 тыс. жителей – 1 пост;

при 50 ¸ 100 тыс. жителей - 2 поста;

при 100 ¸ 200 тыс. жителей - 3 поста;

при 200 ¸ 500 тыс. жителей - 5 постов;

при 500 ¸ 1 млн. жителей - 10 постов;

более 1млн жителей - 10¸20 постов (стационарных и маршрутных).

Количество постов может быть увеличено в условиях сложного рельефа местности, при наличии большого количества источников загрязнения, а также при наличии большого количества объектов, чистота воздуха для которых имеет первостепенное значение (уникальные парки, исторические сооружения и т.п.)

При подфакельных наблюдениях место отбора воздуха выбирают с учетом ожидаемых наибольших концентраций примесей на расстояниях 0,5; 1; 2; 3; …..10 км от границы санитарно-защитной зоны и конкретного источника загрязнения с подветренной стороны от него.

Программа и сроки наблюдений

Регулярные наблюдения на стационарных постах проводятся по одной из 4-х программ наблюдений:

- полной (П);

- неполной (НП);

- сокращенной (СС);

- суточной (С).

Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях.

Наблюдения по полной программе выполняется ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее 4-х раз, при обязательном отборе проб в 1, 7, 19 часов по местному дискретному времени.

По неполной программе наблюдения проводятся с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 часов местного дискретного времени.

По сокращенной программе получают информацию только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 часов местного дискретного времени.

Допускается проводить наблюдения по сокращенной программе при температуре воздуха ниже минус 45 градусов Цельсия и в местах, где среднемесячные концентрации менее 1/20 максимальной разовой ПДК.

Программа суточного отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения проводятся путем непрерывного суточного отбора и не позволяют получить разовых значений концентрации.

Одновременно с отбором проб воздуха определяются следующие метеопараметры:

- направление и скорость ветра;

- t воздуха;

- состояние погоды и подстилающей поверхности.

Для стационарных постов допускается смещение всех сроков наблюдений на 1 в одну сторону и не проводить наблюдение в воскресные и праздничные дни .

В период неблагоприятных метеоусловий сопровождающихся значительным возрастанием содержания примесей до высокого загрязнения (ВУЗ), наблюдения проводят через каждые 3 часа.

Определение перечня веществ, подлежащих контролю

В атмосферу города поступает большое количество различных вредных веществ. Повсеместно выбрасываются таки вредные вещества как пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, диоксид и оксид азота, оксид углерода, которые принято называть основными, а также различные специфические вещества, выбрасываемые отдельными производствами, предприятиями, цехами.

Перечень веществ, подлежащих измерению, устанавливается на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Определяются вещества, которые выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможность превышения ПДК этих веществ. В результате составляется список веществ, подлежащих контролю в первую очередь.

Принцип выбора вредных веществ и составление списка вредных веществ (приоритетного) основан на использовании параметра потребления воздуха (ПВ):

M_i

- реального ПВ_i = --------;

q_i

M_i

- требуемого ПВ_Ti = ---------;

ПДК_i

где М_i - суммарное количество выбросов i - oй примеси от всех источников, расположенных на территории города;

q_i - концентрация, установленная по данным расчетов или наблюдений.

При ПВТ > ПВ концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК или превысит ее, следовательно примесь должна контролироваться. Для выявления необходимости наблюдений за i - й примесью используется графический метод.

Кроме веществ, приоритет которых устанавливается по рассматриваемой методике, в обязательный перечень контролируемых веществ в городе включаются: растворимые сульфаты (при более 100 тыс. жителей); формальдегид и соединения свинца (при более 500 тыс. жителей выбросы а/м); металлы (предприятия черной металлургии); бензопирен (более 100 тыс. ж.); пестициды (города вблизи крупных сельскохозяйственных территорий, использующих пестициды). При подфакельных наблюдениях основные примеси не определяются, т.к. это трудно. Определяются специфические вредные вещества, характерные для данного предприятия. Число измерений данной примеси должны быть не менее 50 за год.

Высота и продолжительность отбора проб

При определении приземной концентрации примеси в атмосфере отбор производится на высоте 1,5 - 3,5 м от поверхности земли.

Продолжительность (времени) отбора проб для определения разовых концентраций примеси должны быть 20 - 30 мин.

Продолжительность отбора при определении среднесуточных концентраций загрязняющих веществ при дискретных наблюдениях по полной программе составляют 20 - 30 мин. Через равные промежутки времени в сроки 1, 7, 13 и 19 часов при непрерывном отборе проб в течение 24 часов.

Организация метеонаблюдений

Одновременно с отбором проб воздуха проводятся метеонаблюдения (направление и скорость ветра; температура воздуха; состояние погоды и подстилающей поверхности). При этом используют метеоприборы и комплекты оборудования «Пост-1» и «Пост-2». Скорость и направление ветра определяется на высоте 2 метра с помощью ручного анемометра и вымпела. Продолжительность метеонаблюдений 10 минут.

Организация анализа проб

Пробы воздуха, отобранные на постах, доставляют в химическое подразделение, где осуществляют их анализ. Принято выделять 4 вида химических подразделений:

1) группа или лаборатория наблюдений за загрязнением атмосферы;

2) кустовая лаборатория или группа наблюдений за загрязнением атмосферы;

3) централизованная лаборатория различной специализации;

4) специализированная лаборатория научно-исследовательского учреждения.

Подразделения 1-го типа осуществляют анализ проб воздуха в том же городе. 2-й тип осуществляет анализ проб, отобранных в других городах (и тот, что не могут химические подразделения 1-го типа). 3-й тип выполняет многокомпонентный анализ на определенную группу веществ (группа городов, несколько УГМС). 4-й тип осуществляет детальный анализ, который не выполняется сетевыми химическими подразделениями.

6.3 Мониторинг загрязнения почвы

Почвенный слой Земли – педосфера, подобно атмосфере и гидросфере, также подвергается разного рода загрязнениям. Из большого разнообразия веществ - загрязнителей рассмотрим загрязнение почвы химическими веществами типа пестицидов и тяжелых металлов как наиболее активных и экологически значимых по своему токсико-биологическому эффекту.

Загрязнение почв пестицидами

Пестициды – общепринятое в мировой практике собирательное название химических средств защиты растений и животных от различных вредителей и болезней.

Они используются для борьбы с вредными насекомыми (инсектициды), сорными растениями (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды), для удаления листьев (дефолианты), для подсушивания растений (дексиканты), для удаления излишних цветков и завязей (дефлоранты), для регулирования роста и развития растений (ретарданты), для отпугивания насекомых и грызунов (реппиленты), для привлечения 6насекоиых с последующим уничтожением (аттрактанты), для борьбы с грызунами (зооциды), для борьбы с различными моллюсками в т.ч. слизнями (лимациды).

Пестициды могут попадать в почву при прямом внесении и высеве протравленных семян, с атмосферными осадками, остатками погибших растений и животных, в результате смыва с обработанных растений при их поливе длительность сохранения п. в почве зависит не только от почвенно-климатических условий, но и от физико-химических свойств почв, их биологической активности, дозы и кратности применения. Поэтому для каждой почвенно-климатической зоны страны разрабатываются рекомендации по применению почв с учетом длительности сохранения в почве и остаточного токсического воздействия. Одним из важнейших нормативов, позволяющих оценивать степень загрязнения почвы почв, является предельно допустимая концентрация (ПДК) этих веществ. Во ВНИИГИНТОКС предложен принцип гигиенического нормирования допустимого содержания п. в почве, заключающийся в таких концентрациях п. в контактирующих с почвой средах (в воде, воздухе, растениях), которые не представляют опасности для здоровья людей и не влияют отрицательно на общесанитарные показатели почвы. При этом учитывается не только опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но, главным образом, последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред.

Токсическое действие пестицидов определяется дозой вещества, выражаемой в миллиграммах на килограмм массы животного или их содержанием в воздухе, выражаемым в миллиграмм или кубический метр воздуха. Для оценки токсичности пестицидов принято пользоваться средней смертельной дозой ЛД50, вызывающей гибель 50% подопытных животных при поступлении препарата в желудочно-кишечный тракт либо через кожные покровы. В зависимости от величин ЛД50 пестициды подразделяют на:

- сильно действующие - ЛД60 =50 мг/кг;

- высокотоксичные - 50-200 мг/кг;

- среднетоксичные - 200-1000 мг/кг;

- малотоксичные - 1000 мг/кг.

В настоящее время экспериментально обоснованы и утверждены Минздравом РФ ПДК в почве для 30 пестицидов и ОДК (ориентировочно допустимая концентрация) для 14 пестицидов.

Отбор проб почвы

Для получения репрезентативных (представительных) данных по загрязнению почвы пестицидами одно из главных мест должно быть отведено отбору проб почвы на анализ. Для сравнимости результатов важно, чтобы сроки, выбор пунктов и способ отбора были идентичны.

В настоящее время существуют eнифицированные правила отбора проб сельхозпродукции, продуктов питания и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов [24], где в основу отбора проб почвы положен метод, предложенный в институте экспериментальной метеорологии в «Методических указаниях по контролю загрязнения почвы» (М, Гидрометеоиздат, 1977 г.).

Выбор места и частота отбора смешанных образцов

Для определения загрязнения почвы пестицидами почвенные образцы отбираются на с/х полях под различными культурами два раза в год: весной – после схода снега и осенью – после уборки урожая. В каждой области (крае) обследуются каждый год примерно 20 хозяйств, равномерно распределенных по всей территории природно-экономического района. Один раз в пять лет проводится повторное обследование.

Хозяйство для обследования намечается предварительно перед выездом в поле, для чего используются данные станций зашиты растений и управлений сельского хозяйства по применению пестицидов. Выбираются хозяйства как с максимальным применением пестицидов, так и средним и низким.

Для характеристики загрязнения почвы пестицидами на определенной площади отбираются смешанные образцы. Смешанный образец составляется путем смешивания индивидуальных проб почвы, отобранных в разных точках данной площади или пробной площадки, характеризующей загрязнение этой площади, которая зависит от ряда факторов, в т.ч. рельефа местности, возделываемых культур, пестроты почвенного покрова, способа обработки полей пестицидами.

Отбор смешанных образцов

Для выбора площади поля, которую характеризует смешанный образец выделяются 3 категории местности и почвенных условий. Один смешанный образец характеризует загрязнение почвы пестицидами на площади 1-3 га для первой категории, 3-6 га для второй категории и 10-20 га для третьей.

Смешанный образец отбирается с пробной площадки размером 100х100 м или 100х200 м, которая обычно располагается в типичном для данного поля месте. Если площадь поля 200 га, то закладывается 15-20 пробных площадок и отбирается 15-20 смешанных образцов.

Смешанный образец составляется из индивидуальных почвенных проб, отобранных на глубину пахотного слоя (горизонта) – 20-30 см.

При оборе почв буром (диаметром = 5 см.) смешанный образец составляется из 20 кернов, отобранных через равные промежутки по диагонали пробной площадки, примерно через 7-10 м.

При отборе лопатой точки отбора располагаются «конвертом» (рисунок 7):

Рисунок 7. Схема расположения точек отбора проб почв.

Вокруг каждой точки делается еще по 4 прикопки, из которых вырезается монолит 10х10х20 см.

Таким образом, смешанный образец составляется из 25 индивидуальных проб. Отобранные одним из этих способов пробы ссыпаются на крафт-бумагу, тщательно перемешиваются, квартуются 3-4 раза (хорошо измельченные почвы разравниваются в виде квадрата делятся на 4 части, две противоположные части отбрасываются, оставшиеся перемешиваются). После квартования почвы опять разравниваются, делятся на 6-9 частей – квадратов, из центра которых берется одинаковое количество почвы и складывается в полотняный мешочек. Вес смешанного образца должен быть примерно 0,5 кг.

Для изучения вертикальной миграции пестицидов закладывается почвенный разрез размером 0,8х1,5х2 м. образцы берутся, начиная с нижних горизонтов через 10 см по 1 образцу.

Чтобы судить о глобальном загрязнении почвы пестицидами, необходимо знать о состоянии почв в местах, удаленных от сельскохозяйственных районов, где заведомо никогда не применялись пестициды. Для этого, обычно выбираются заповедники. Отбор почв в заповедниках должен проводиться в «буферной зоне», окружающей абсолютною охраняемую зону заповедника. В основу системы проб в заповедниках положен принятый в почвоведении метод почвенно-геохимических профилей.

Загрязнение почв тяжелыми металлами

Тяжелыми металлами (ТМ) принято называть металлы с атомной массой более 40. Их кларк (среднее природное содержание элементов в почвах и растениях) в земной коре и почве выражается сотыми и тысячными долями процента.

В настоящее время не разработаны ПДК тяжелых металлов в почвах, кроме ртути, свинца и хрома, поэтому для оценки загрязненности почв предлагается сравнивать уровни загрязнения с естественным фоном. В качестве фона используют значения содержания ТМ в почвах районов, удаленных от промышленных центров, либо их кларки.

Отбор и предварительная подготовка проб

Отбор проб почвы для определения загрязнения промышленного происхождения производится один раз в год в летний период. Для определения точек отбора проб почвы применяется азимутальный метод. Каждый год пробы отбираются вокруг промышленных центров по четырем румбам на расстояниях 1, 2, 3, 5 и 10 км. Один раз в 5 лет обследование проводят более подробно по всем румбам на расстояниях 0; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3; 4; 5; 8; 10;15; 20; 30; 50 км. Положение точек отмечается на карте и точки служат ориентировочными опорными пунктами для выбора места отбора пробы. Снег отбирается по сокращенной программе, но дополнительно еще на 20 км.

Методика отбора аналогична для случая отбора проб на пестициды. Кроме проб почвы на тех же участках отбираются пробы растений. С площади 2 га по методу конверта отбирают 5 проб, составляя из них смешанный образец. Растения отбирают с корнями.

Основное требование при отборе и подготовке проб почвы – предохранение их от загрязнения на всех этапах от взятия образца в поле до измельчения и растирания в лаборатории.

6.4 Мониторинг загрязнения поверхностных вод суши

Увеличение водопотребления и повышение требований к качеству водных ресурсов являются неизбежным следствием развития народного хозяйства, роста жизненного уровня и культуры населения. Вместе с тем растут требования к информации о химическом составе вод, о закономерностях и тенденциях его изменений. Состав воды в значительной степени определяет качество продукции многих производств, начиная от выращивания сельскохозяйственных культур и кончая производством электровакуумных и полупроводниковых приборов.

Необходимость все более подробных сведений о химическом составе вод возрастает и по мере развития науки, расширения наших знаний о воздействии различных веществ, содержащихся в воде на организм человека и животных.

В известной степени это находит отражение в увеличении числа нормируемых веществ. Список веществ, для которых утверждены ПДК, составляет около 500 наименований. Проблема охраны окружающей среды, очевидно, потребует для своего решения более широкого экосистемного, ландшафтного подхода к ПДК, в результате которого список нормируемых веществ, по-видимому будет значительно расширен, а сами ПДК значительно снижены. При этом важную роль будет играть оперативность гидрохимической информации. Кроме того, рациональное использование водных ресурсов - внутреннее дело каждой страны, в то время как проблема охраны окружающей среды стала проблемой не только национальной, но и глобальной. Из этого вытекает новое требование к гидрохимической информации - сопоставимость.

Все вышеизложенное составляет часть сложного комплекса задач, стоящих перед наблюдением и исследованием состава вод, решение которых должно осуществляться на достаточно широкой и надежной экспериментальной основе. Из этого вытекают перспективы развития методики химического анализа вод, которая идет по пути повышения специфичности, чувствительности, точности методов, из инструментализации и автоматизации. Все большее внимание уделяется унификации и стандартизации методов.

Исключительно важными и ответственными этапами любого гидрохимического исследования являются процедуры отбора, предварительной обработки и анализа пробы воды. Со временем можно обнаружить и исправить ошибки в расчетах, можно по-иному обработать и обобщить результаты, наконец, можно даже иначе поставить задачу. Нельзя только исправить неверные результаты анализа и решить на их основе никаких проблем ни сейчас, ни в будущем.

Об этом всегда должен помнить аналитик, выполняющий так называемый «рутинный» анализ вод.

Отбор проб

Для правильной оценки качества воды в водоеме, характеристики его химико-биологического состояния, степени загрязнения и т.д. требуется выполнить по крайней мере два условия: удовлетворительный анализ некоторого минимума проб воды из этого водоема и их репрезентативность или представительность.

Вопросу репрезентативности проб в гидрохимических исследованиях следует уделять не меньше внимания, чем собственно химическому анализу. Неправильный выбор пунктов, горизонтов, времени наблюдений, ошибки в технике отбора проб приводят к столь же серьезным и неисправимым искажениям получаемой информации, что и некорректный анализ. Под репрезентативностью проб понимают их соответствие поставленной задаче как по количеству и объему, так и по выбранным точкам и времени отбора (а также по технике отбора, предварительной обработке, условиям хранения и транспортировки). Строго говоря, любая проба характеризует воду в точке в момент отбора. Однако, если содержание определяемого вещества изменяется достаточно медленно и распределение его достаточно равномерно (или известны закономерности этих изменений в пространстве и во времени), то результаты анализа проб распространяют на некоторый промежуток времени и участок водоема.

Принципы отбора представительных проб

Проба должна представлять водоем или отдельную часть его и характеризовать состояние воды за определенный промежуток времени. Степень, до которой одиночная малая проба воды может считаться характерной для большой водной массы, зависит от следующих факторов: однородности отбираемой водной массы; количество точек пробоотбора; размера отдельных проб; способа отбора.

Кроме того, предварительная обработка, транспортировка и хранение проб должны производиться таким образом, чтобы в содержании и составе определяемых компонентов и свойствах воды не происходило существенных изменений.

Отбор представительных проб должен учитывать специфику водоема (морфология, гидрология, характер водосбора и т.п.), т.е. все, чем определяется выбор места и чистоты отбора и специфику определяемых веществ (растворенное, взвешенное, пленочное, коллоидного, «мертвое», «живое»), т.е. все, что определяет, в конечном итоге, физические, химические и биологические свойства водного объекта.

Виды проб

Принято различать простые и смешанные (усредненные пробы).

Простые пробы, т.е. отобранные в полном объеме в определенные моменты времени, характеризуют качество воды в данном пункте водоема во время отбора.

Смешанные пробы представляют собой объединенную по тому или иному принципу серию простых проб. Они характеризуют среднее одержание определяемых компонентов или свойства за некоторый промежуток времени или среднее арифметическое или взвешенное значение для некоторого участка, разреза и т.д. Отбор смешанных проб требует осведомленности исследователя о характере распределения и изменения измеряемых параметров водных масс.

Виды отбора проб

В зависимости от цели исследований отбор проб может быть разовым (или нерегулярным) и регулярным, или серийным.

Разовый отбор используется редко, в случаях, когда измеряемые параметры не подтверждены большим изменениям во времени или (и) по глубине и акватории водоема; известны закономерности изменений определенных параметров; требуются лишь самые общие представления о качестве воды в водоеме.

Нерегулярный отбор используется при периодическом определении возможных изменений состава воды в ранее хорошо изученном водоеме.

Регулярный отбор проб дает определенную и надежную информацию о состоянии водоеме и качестве его вод. Регулярным называют такой отбор, при котором каждая проба отбирается в определенной (временной или пространственной) взаимосвязи с другими.

Место отбора выбирается в соответствии с целью анализа и на основании исследования местности. Для исключения влияния случайных факторов чисто местного характера, особенно внимательно надо изучить притоки реки и источники загрязнения в ее бассейне, находящиеся выше места взятия пробы. За исключением наблюдений в специальных целях, не следует брать пробы воды на химический анализ в следующих пунктах:

- подверженных непосредственному влиянию вод притоков;

- вблизи населенных пунктов, если около них в данный водоем выводятся сточные воды или если берега загрязняются отбросами;

- около предприятий, загрязняющих воду отходами производства, около пристаней, бань и т.п.;

- в участках слабого водообмена, т.е. в застойных участках (в затонах, на мелководье, в рукавах у самого берега).

Реки, ручьи

В тех случаях, когда целью исследования не является поверхностный или придонный слой, пробу отбирают на глубине 20 – 30 см от поверхности и на таком расстоянии от дна, какое допускает аппаратура для отбора проб. Пробы отбирают или смешанные по глубине или в ряде точек в поперечном сечении на стрежне потока. Для малых потоков смешанная по глубине проба обычно равнозначна взятой в центре потока. Большие потоки требуют выбора определенных разрезов и вертикалей на основании гидрологической и гидрохимической рекогносцировки.

Озера, водохранилища, пруды

При детальных исследованиях пробы отбирают на станциях (разрезы, полуразрезы) по трехмерной сетке как минимум на двух горизонтах у поверхности (0,2 – 0,5 м) и у дна (0,5 м). На промежуточных горизонтах пробы берут в зависимости от существующих в это время распределения слоев воды с различной t – го скачка, одну в слое скачка, одну ниже. В нижнем слое (гиполимнионе) в глубоком озере иногда следует брать несколько проб на разных глубинах. В целях сравнимости результатов химического анализа проб целесообразно установить стандартные горизонты, например: 0,5; 2; 5; 10; 20; 30; 50; 100 м, сообразуясь при этом с термической стратификацией.

Атмосферные осадки

Отбор проб атмосферной воды целесообразно проводить вблизи или на метеоплощадках, где одновременно фиксируются метеоусловия. Осадкосборники размещают на высоте примерно два метра от поверхности земли с учетом преобладающего направления ветра; следует исключить влияние пыли и случайных загрязнении.

Частота отбора определяется изменчивостью концентрации интересующих ингредиентов, которые, в свою очередь, зависят от скорости физико-химических, биохимических и иных процессов, режима сброса сточных вод, условий их разбавления и т.п. Из этого следует, что программа систематических наблюдений за составом вод, включающих перечень ингредиентов, пункты и сроки отбора проб вод, формируется и корректируется на основании достаточных знаний особенностей водного объекта и поведения выбранных параметров качества его воды. Эти знания накапливаются и уточняются с помощью предварительных и периодически повторяющихся рекогносцировочных исследований.

Частота отбора проб, как и вообще программа наблюдений, в значительной степени обуславливается важностью водного объекта или его части в хозяйственном отношении. На этом основании пункты наблюдений делятся на 4 категории с различной частотой наблюдений, т.е. отбора анализа проб (таблица 13).

Таблица 13 – Программа и сроки проведения гидрохимических работ на пунктах наблюдений

*на ПН-1 необходимо производить отбор проб воды для последующего хранения (без анализа) на случай аварийной ситуации.

Срок хранения проб 10 дней

Программа А – визуальные наблюдения, определение расхода (уровня) воды, температуры, рН, электропроводности, ХПК, БПК, взвешенных веществ, растворенного кислорода, 2-3 основных загрязняющих вещества, характерных для данного пункта.

Программа Б – определение расхода воды, температуры, рН, кислорода, БПК, ХПК и содержания всех загрязняющих веществ, характерных для данного пункта

Программа ОП – общая (обязательная) программа: визуальные наблюдения, определение расхода воды, температуры, прозрачности, цветности, запаха, кислорода, взвешенных веществ, рН, Eh, ХПК, БПК, содержания главных ионов, биогенных веществ, нефтепродуктов, СПАВ, летучих фенолов, пестицидов, соединений тяжелых металлов.

На реках, имеющих рыбохозяйственное значение, одна или две гидрохимические съемки обязательно должны быть приурочены к периоду и местам нереста, массового нагула молоди или ската молоди проходных или полупроходных рыб.

На озерах сроки гидрохимических наблюдений устанавливаются в зависимости от колебаний уровня и температурного режима водоема. Пробы воды берут в следующие важные периоды: незадолго до вскрытия озера, т.е. при наименьшем уровне, до выхода воды на лед (период обратной стратификации температуры воды); весной в период гомотермии; в проточных озерах с большими колебаниями уровня – при наивысшем уровне, в период летней стагнации, во время наибольшего нагрева воды и низкого уровня; осенью незадолго до ледостава.

Объем проб в зависимости от задачи варьируется от 1-2 до 15-20 литров и более. Для определения объема с одинаковой предварительной обработкой, консервацией и условиями хранения.

Последовательность в работе

Химический анализ вод выполняют, как правило, в стационарных лабораториях. Однако вследствие неустойчивости ряда ингредиентов их определение следует производить непосредственно у объекта в свежеотобранных пробах (анализ первого дня).

При отборе проб и выполнении анализа 1-го дня придерживаются определенной последовательности:

При взятии проб с поверхности:

- определяют прозрачность и цвет воды;

- измеряют температуру;

- отбирают пробу воды объемом примерно 5 л. Для этой цели используют батометр или эмалированное ведро, предварительно ополоснув их водой 2-3 раза. Глубина отбора не должна превышать 0,2-0,5 м;

- определяют рН, содержание двуокиси углерода СО2, если возможно СО3 и фиксируют растворенный кислород;

- наполнение водой бутылок производят в соответствии с программой наблюдений. Пробы для определения разных ингредиентов отбирают в отдельные склянки;

- бутылки для определения главных ионов, биогенных элементов консервируют, делают отметку, чем законсервирована проба и плотно закрывают;

- определяют запах воды;

Все результаты записываются в талон установленного определенного образца и прикрепляются к бутылке.

При взятии проб с различных глубин все определения осуществляются в том же порядке, что и при взятии проб с поверхности. Отбор производится при помощи батометров.

В талоне кроме всех определений выполненных на месте, дается краткое описание обстоятельств, установленных при отборе проб: метеоусловий – дождь, ветер, штиль, пыльная буря; результаты визуального наблюдения – наличие и характер пленки, мутность и цветение воды; а также явлений, необычных для данного водоема, но имеющих место в момент отбора, а также какого-либо отступления от методики отбора и его причины.

Оценка качества анализа

Анализ химического состава вод является одним из методов измерений и неизбежно сопровождается ошибками, искажающими истинное значение измеряемой величины. Поэтому при выполнении любого вида анализа вод возникает вопрос о качестве метода, о величине допустимых погрешностей.

В соответствии с общей теорией ошибок, ее приложением к анализу вещества, рекомендациями Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) по представлению результатов химического анализа различают правильность, воспроизводимость и чувствительность метода анализа, которые и характеризуют его качество [25].

6.5 Мониторинг радиоактивного загрязнения окружающей среды

Из всех видов антропогенного загрязнения окружающей среды радиоактивное загрязнение (РЗ) остается самым загадочным и сложным для восприятия и понижения. Причин тому много: сложные физико-химические процессы, происходящие на уровне атома; своеобразные и многочисленные единицы измерения радиоактивности; не устоявшиеся критерии и нормы воздействия на человека и природную среду, неопределенность последствий облучения организма малыми дозами и т. д. Во многом загадочность РЗ, его воздействия на человека и среду обитания объясняется тем важным обстоятельством, что оно на протяжении многих десятилетий оставалось государственным секретом, причем не только в бывшем СССР, но также и в США, странах западной Европы и других развитых государствах [26]. .

Причины секретности кроются не только в идеологическом, научном, технологическом, военном противостоянии двух равных социальных систем, но и в преобладании в обеих системах технократических и экономических целей над этическими и экологическими.

Необходимо отметить, что нормы воздействия РЗ на население в мирное время, хорошие учебные и справочные пособия (в основном переводные) появились в нашей стране малыми тиражами лишь в середине-конце 60-х годов, а секретность на информацию о РЗ снята лишь в конце 1989 г.

Человечество уже давно знало, что материальный мир вообще и химическое вещество, в частности, состоит из атомов, но как эти атомы выглядят, было неизвестно до начала 20 века, пока английский физик Эрнест Резерфорд в 1911 г. не построил планетарную модель атома, где электроны (отрицательно заряженные частицы) являются «планетами», движущимися вокруг «солнца» – ядра атома, состоящего из протонов (положительно заряженных частиц). Размер ядра в 100000 раз меньше самого атома, но плотность его настолько значительна, что масса ядра приближается к массе самого атома, на орбите которого число электронов в точности равно числу протонов в ядре. Это равенство делает атом нейтральным.

Ядра атомов одного и того же химического элемента всегда содержат одно и то же количество протонов, а вот число нейтронов может быть неравным. Например, изотопы урана - 238, 235, 234 имеют по 92 протона, но, соответственно, 146, 143 и 142 нейтрона в ядре.

Если в ядре атома силы сцепления между протонами и нейтронами слабые, и протон начинает «вылетать» из ядра, или нейтрон в ядре превращается в новый протон и т.д., то образуется новый нуклид. При этом одновременно с потерей ядром протона, с орбиты «срывается» электрон.

Явление самопроизвольного распада химического элемента и превращение его в стабильный изотоп или новый нуклид, сопровождаемое выделением энергии (излучением), называется радиоактивностью (Р). Нестабильные химические элементы, способные к самопроизвольному распаду и осуществившие его, называются, соответственно, радиоизотопами и радионуклидами.

При распаде радиоактивного вещества масса его в течение времени уменьшается по экспоненциальному закону. Время, по истечении которого масса радиоизотопа (радионуклида) уменьшается в два раза, называется периодом полураспада (ПП). ПП для разных радиоактивных веществ измеряется долями секунд, секундами, часами, сутками, тысячами и миллиардами лет.

Например, в гранитах, слагающих фундамент нашего города, содержится значительное количество природного урана – 238 (U), ПП которого составляет 4,47 млрд. лет. Для радона – 222 (Rn) ПП составляет 3,825 суток.

Самопроизвольный распад нестабильных радиоизотопов и радионуклидов сопровождается высвобождением энергии, которая передается дальше в виде излучения.

В настоящее время установлены следующие виды радиоактивного излучения:

- альфа-излучение – испускание ионизированных ядер 4He (a-частицы), состоящие из двух протонов и двух нейтронов, т.е. заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре;

- бета-излучение – поток частиц-электронов (b- - распад) и антинейтрино или позитронов (b+ - распад) и нейтрино. При электронном бета-распаде заряд ядра увеличивается на одну единицу, при позитронном – уменьшается на единицу. Массовое число не меняется;

- гамма-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение (g - лучи; поток фотонов), возникающие в результате распада ядра и взаимодействия электромагнитных частиц;

- рентгеновское излучение – по природе своей соответствует гамма-излучению, но с меньшей длиной электромагнитной волны.

Виды излучения отличаются количеством высвобождаемой энергии и обладают, соответственно, разной проникающей способностью, оказывая разное влияние на ткани животных организмов.

a - излучение крайне опасно при попадании во внутрь организма (вдыхаемый воздух, пища, вода, открытая рана). Способность повреждать ткани организма в 20 раз больше, чем у других видов излучения при одинаковой дозе поглощения. Проникающая способность невелика (защитой могут служить бумага, собственная кожа, слой воздуха в 10 метров).

b - излучение (расстояние в несколько метров).

g - излучение (свинец, бетон).

Гораздо опаснее других нейтронное излучение за счет большой кинетической энергии.

Главными источниками РЗ среды являются радиоактивные аэрозоли, вносимые в атмосферу ядерными взрывами или предприятиями атомной промышленности, а при некоторых обстоятельствах – радиоактивные отходы, сбрасываемые в литосферу или гидросферу. Поэтому должен осуществляться мониторинг РЗ атмосферы, гидросферы, почвы и растительности.

Основные принципы организации, методы проведения и обработки всех видов радиометрических наблюдений регламентируются «Наставлениями гидрометеостанциям и постам: наблюдения за радиоактивным загрязнением природной среды» [27].

Организация наблюдений (общие положения)

Наблюдения за РЗ природной среды выполняется на специально оборудованных гидрометеостанциях и постах. В объем работ станций и постов входит:

1. Проведение систематических стационарных наблюдений;

2. Первичная обработка результатов наблюдений;

3. Составление ежемесячных таблиц КАР-2 и КАР-3.

К систематическим стационарным наблюдениям относятся:

а) отбор проб радиоактивных выпадений с помощью планшета, бака-сборника и сборника осадков;

б) отбор проб радиоактивных аэрозолей из приземного слоя атмосферы с помощью фильтрующей установки или вертикального экрана;

в) отбор проб пресной и морской воды.

Предварительная обработка отобранных проб и измерение их радиоактивности производятся либо непосредственно на станциях, либо в радиометрических лабораториях, куда пробы высыпаются на анализ.

В таблицы, куда записываются результаты наблюдений и измерений, вносятся данные метеонаблюдений, проводимых по существующим Наставлениям [27].

Выбор места наблюдения

Планшеты, баки-сборники и сборники осадков размещается на метеорологической площадке. Планшет устанавливается с таким расчетом, чтобы на него сдувались пыль или снег с других предметов (будок, дождемеров). Вертикальный экран устанавливается на площадке не ближе 4 метров от ограды с таким расчетом, чтобы находящиеся на площадке приборы и установки не загораживали экран от свободного действия ветров.

Баки - сборники и сборники осадков размещаются на метеоплощадке на расстоянии 2-3м от дождемера на специальной подставке (в 1м от поверхности земли). Бак - сборник - это высокостенный бак прямоугольной или цилиндрической формы из нержавеющей стали.

Фильтрующие установки (ФУ) размещают на ровных открытых площадках в местах с наименьшей естественной запыленностью (вдали от аэродромов, шоссейных дорог, заводов, и т.п.), с учетом подводки силового кабеля для питания мотора воздуходувки. ФУ желательно размещать не ближе 50м от близлежащих одноэтажных строений, и 300 м - от многоэтажных зданий. Воздуховод ФУ ориентируется в направлении, противоположном господствующим ветрам в данном районе.

Сроки наблюдения

Наблюдение за радиоактивностью атмосферы проводится во все сезоны года независимо от температуры окружающего воздуха.

Для увязки данных за РЗ природной среды с климатическими метеоданными все наблюдения на станциях и постах проводятся по местному декретному времени. Смена марли на планшетах и вертикальных экранах, а также фильтров на ФУ производится в 7час 30мин. Срок работы ФУ - 12часов в сутки: с 7:30 до 13:30 и с 19:30 до 1:30.

Сбор месячных выпадений с помощью баков - сборников и атмосферных осадков с помощью сборников осадков осуществляется в 12 часов местного времени последнего числа каждого месяца.

Измерение бета-активности растительности

Система радиоактивного контроля за состоянием окружающей среды предусматривает периодические наблюдения за содержанием радионуклидов в растительном покрове. Растительность используется как биоиндикатор уровня радиоактивных выбросов радиоактивных источников типа АЭС, других предприятий атомной промышленности. Кроме того, преследуется цель выявления и предотвращения возможности поступления радиоактивных продуктов по пищевым цепочкам в организм человека в опасном количестве.

Пробы растительности отбираются одновременно с маршрутной g - съемкой в 10-15 пунктах, расположенных равномерно по всем направлениям от контролируемого (наблюдаемого) объекта - источника РЗ на расстоянии до 10 км от него. При выборе площадки для отбора проб стараются совмещать их с площадками, с которых отбираются на радионуклидный анализ пробы почвы. Растительность на площадке должна быть однородной и сомкнутой. Размер площадок может быть 0,25*0,25; 0,5*0,5; 1*1 м в зависимости от сомкнутости растительной массы. Берут наземную часть растительности, масса должна быть не менее 1кг. Проба сушиться, измельчается до 1-5мм, затем измеряется бета - активность с помощью b - радиометра.

Кроме этого выполняется отбор проб почвы и пресной и морской воды и их последующий анализ на РЗ.

МОНИТОРИНГ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ: СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ

Так как городская среда представляет собой ограниченную городской чертой систему, основными элементами которой являются земля и расположенные на ней объекты недвижимости, представим мониторинг городской среды как совокупность двух составных частей: мониторинг городских земель и мониторинг объектов недвижимости.

Под мониторингом городской среды будем понимать систему наблюдений за состоянием земель городов и расположенных на них объектов недвижимости для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов.

С учетом вышеизложенного структура и содержание работ по мониторингу городской среды могут быть представлены в следующем виде (см. рисунок 8).

Дата добавления: 2014-04-28; просмотров: 1555; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!