Методы и организация комплексного геоэкологического мониторинга

1.

Лекция 4. Методы и организация комплексного геоэкологического
мониторинга.

2.

Методы исследований, необходимые для проведения
мониторинга, определяются с учетом конкретных природнотерриториальных
комплексов
(ПТК),
ландшафтнопочвенных, геоморфологических, геохимических и других
условий. Они могут включать результаты ранее
проведенных геологических, инженерно-геологических,
гидрогеологических
и
геохимических
исследований.
Интерпретация
результатов
ранее
проведенных
исследований:
- дешифрирование космо- и
аэроснимков;
- аэрогамма-спектрометрической
съемки;
- геохимических исследований;
- гидрогеологических;
- инженерно-геологических;
- гидрогеохимических;
- гидролитогеохимических;

3.

По
результатам
дешифрирования
материалов аэрокосмических съемок
(МАКС) можно обоснованно расчленить
исследуемый район на определенные
природно-территориальные комплексы
(ПТК). Районирование по выделенным
ПТК позволит создать картографическую
основу для выполнения мониторинга.
Кочечум

4.

Материалы
аэрогамма-спектрометрической
съемки (АГСС) позволят получить информацию
о природной или техногенной зараженности
изучаемой
территории
радиоактивными
элементами или радионуклидами природного
или искусственного происхождения,
выявить ареалы загрязнения.
Для проведения АГС-съемки используются
современные цифровые 1024-ти канальные
спектрометры RSX-4 (RSX-5) с полисциновыми
детекторами NaJ (Tl), общей емкостью до 48 л
(обычно 32 л). Энергетическое разрешение
спектрометра по линии 0.662 МэВ — не хуже 9%

5.

Результаты геохимических исследований позволят
определить зону воздействия предприятия и
установить перечень химических элементов,
характерный для данного типа производства.

6.

Гидрогеологические и гидрогеохимические исследования
позволят определить закономерности, условия питания и
разгрузки,
ресурсов,
взаимосвязи
подземных
и
поверхностных вод, уровни концентрации тяжелых
металлов, радионуклидов и других вредных веществ в
подземных и поверхностных водах, оценить роль вод в
развитии процессов засоления, переувлажнения и
многое другое.

7.

Для получения надежной характеристики техногенных аномалий в
зонах воздействия конкретных источников загрязнения наряду с
гидрогеохимическими исследованиями предусматриваются и
гидролитогеохимические. Гидролитогеохимические исследования
характеризуются изучением донных отложений.
Пробы
донных
отложений
отбираются
непосредственно ниже сброса сточных вод из
строго однородного руслового материала. На
небольших водотоках (шириной до 2 – 5 м и
глубиной до 0,5 – 1 м) пробы отбираются по
площади выбранного участка русла. При
опробовании
крупных
водотоков
пробы
отбираются у уреза воды, желательно в местах
видимой аккумуляции твердого материала.

8.

Наряду с ранее полученными материалами, потребуются
дополнительные исследования, которые будут включать
следующие
виды исследований:
- атмогеохимические;
- ландшафтные;
- почвенные;
- геоботанические;
- биологические;
- медико-геохимические;
- минералогические;
- радиографические;

9.

Атмогеохимический метод исследований предназначается
для изучения пылевой нагрузки и особенностей
вещественного состава пыле-аэрозольных выпадений
изучаемой территории.
Похожие исследования:
Локальные
геохимические
наблюдения
пылеаэрозолей в пределах городской и пригородной
зон (А.В. Таловская, Е.Г. Язиков) – Томский
политехнический университет.
Все
пробы
исследованы
с
помощью
инструментального нейтрон-активационного анализа
(ИНАА) на радиоактивные, редкие и редкоземельные
элементы в ядерно-геохимической лаборатории ТПУ.
Методом f-радиографии выявлено пространственное
распределение изотопа урана среднесуточной
пылевой нагрузки.

10.

Радиографический метод (f-радиография) позволит
установить пространственное распределение U-235, для
которого максимальная чувствительность определения
составляет n x 10^-10 % (Берзина, 1993; Рихванов, 1997).
В основу метода f-радиографии положено вынужденное
деление
тяжелых
радиоактивных
элементов.
Детекторами осколков вынужденного деления в fрадиографии служат специально подобранные внешние
детекторы (лавсан, макрофол, стекло, слюда и др.),
прилегающие вплотную к поверхности объекта во время
облучения. После облучения, детектор отделяют от
исследуемого объекта и подвергают химическому
травлению. Химическое травление делает дефекты
(треки) структуры радиоактивного происхождения в
детекторе видимыми в оптическом микроскопе при
увеличениях 100х – 400х.

11.

Пылеаэрозольные выпадения анализируются,
главным образом, путем отбора проб снега.
Работы по отбору проб снега производятся
обычно
в
конце
зимы
на
профилях,
ориентированных по направлению розы ветров,
а также вкрест ее простирания. Пробы
отбираются с учетом элементов рельефа и их
экспозиции по отношению к направлению
ветропылевого переноса (на водоразделах,
склонах, террасах, поймах), а также на участках
техногенных газопылевых выбросов, где сеть
опробования сгущается.

12.

Ландшафтные и почвенные исследования
позволят
детально
изучить
ландшафты,
почвенные разрезы, химический и минеральный
состав почв и подстилающих материнских пород
с
определением
первичных
компонентов,
различных новообразований, подвижных и
валовых форм большого числа макро- и
микрокомпонентов,
радионуклидов
и
их
изотопов, а также фосфора, калия, азота, гумуса
и других показателей

13.

Для ландшафтных исследований целесообразно
использовать элементарный ландшафт, как участок,
на протяжении которого сохраняется не только тип, но
и разность почвы или повторение таких сочетаний
почв,
которые
обуславливаются
сочетаниями
определенных предельных элементов ландшафта
(Глазовская, 2002). Под термином элементарный
ландшафт часто понимаются разными авторами
фация, биогеоценоз, энтопий или местоположение.
Исследование почв предусматривается двумя
методами согласно В.М. Фридланда (1972):
а) исследование на комплексных профилях и б)
исследования на ключевых участках:
а) Исследования на комплексных профилях - составление комплексных профилей разных уровней
детализации представляет собой один из наиболее
простых ив то же время эффективных методов.
Практическое применение этого метода зависит от
степени предварительной изученности территории.
в) Исследования на ключевых участках- под ключевыми исследованиями следует понимать
исследования специально выбранных участков,
проводимые более детально, чем исследования всей
изучаемой территории. Масштаб ключевых участков
зависит от структуры почвенного покрова.

14.

Геоботанические и биологические методы включают изучение
природного и техногенного загрязнения растительности и
биоты.
Важность оценки состояния природных популяций
растений состоит в том, что именно растения
являются основными продуцентами, их роль в
экосистеме
трудно
переоценить.
Растения
чувствительный объект, позволяющий оценивать весь
комплекс воздействий, характерный для данной
территории в целом, поскольку они ассимилируют
вещества и подвержены прямому воздействию
одновременно из двух сред: из почвы и из воздуха. В
связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ
жизни, состояние их организма отражает состояние
конкретного локального местообитания.

15.

Для изучения животного мира перспективными
объектами
биологических
исследований
могут
выступать пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие
Из рептилий наиболее интересным объектом
исследования может быть прыткая или полосатая
ящерицы по данным А.С. Баранова, В.И. Борисова,
А.В. Валецкого и Н.П. Ждановой (Захаров и др., 2001).
Использование этого вида представляется удобным, в
связи с его широким распространением.
Птицы, как объекты для оценки здоровья среды,
обладают рядом преимуществ: приуроченность
развития птенцов к определенному локальному
участку, большое экологическое разнообразие. По
данным П.Д. Венгерова (Захаров и др., 2001), объекты
исследования
должны
отвечать
следующим
требованиям: многочисленность, оседлость (при
анализе
взрослых
особей),
широкая
распространенность,
доступность
изучения.
Из
воробьинообразных можно рекомендовать большую
синицу, мухоловку-пеструшку, обыкновенного скворца,
домового и полевого воробьев и др.

16.

Млекопитающие, находясь на вершине пищевых
цепей,
являются
важным
объектом
для
характеристики рассматриваемой экосистемы.
Данные А.С. Баранова, В.И. Борисова, А.В. Валецкого
(Захаров и др.,2001), полученные по представителям
этой группы, в наибольшей степени пригодны для
экстраполяции на человека. Использование фоновых,
наиболее многочисленных для данного региона видов
облегчает сбор материала и дает возможность
получения выборок одного и того же вида во всех
изучаемых точках. Можно использовать такие широко
распространенные виды как рыжая и обыкновенная
полевки, полевая и домовая мыши, обыкновенная
бурозубка и др.

17.

Медико-геохимические исследования
Состояние
здоровья
взрослого
населения
и
подростков
оценивается
по
официальным
статистическим данным (Рыбальский и др., 1991,
1992, 1993; Гичев, 1994, 2000; Протасов и др., 1995), в
перечень видов болезней которых входят следующие:
- инфекционные и паразитарные;
- злокачественные новообразования;
- болезни эндокринной системы, нарушение обмена
веществ и
иммунитета;
- болезни крови и кроветворных органов;
- болезни системы кровообращения;
- болезни органов дыхания;
- пневмонии;
- хронический бронхит, эмфизема;
- бронхиальная астма;
- болезни мочеполовой системы;
- болезни кожи и подкожной клетчатки;
- врожденные аномалии (пороки развития);
- прочие болезни.

18.

Моделирование как метод получения мониторинговой
информации
Существует
множество
математических
моделей
для
описания
процессов
протекающих в биосфере. В экологии
наиболее часто используются следующие
группы
моделей:
дескриптивные,
оптимизационные, имитационные.
Дескриптивные модели предназначены для
описания различных процессов. Например,
такие
модели
позволяют
определить
численность популяции животных через
определенное время, или дают возможность
предсказать, как при том или ином
мероприятии будет меняться ход эпидемии, то
есть, как будет меняться число заболевших и
т.д.

19.

В случае, когда необходимо принятие решений
по управлению процессом, дескриптивных
моделей оказывается недостаточно. Тогда
используются
оптимизационные
модели,
поскольку они позволяют не только описывать
происходящие процессы, а также управлять
процессом.
Часто
оптимизационное
моделирование применяется при разработке
эколого-экономических моделей, поскольку
они позволяют выбрать оптимальную политику
хозяйствования.
Например,
размещение
предприятий
при
отраслевом
или
территориальном планировании с учетом их
сырьевых
возможностей,
укрупнении
предприятий,
управлении
запасами,
рациональном природопользовании и др.

20.

Имитационные
модели
предназначаются
для
«проигрывания» возможных вариантов поведения
(смены состояний) природных систем под влиянием
изменения внешних факторов. Они позволяют
логически увязать эмпирические знания о различных
процессах, протекающих в природных системах, и на
основе машинного (ЭВМ) эксперимента получить
непротиворечивые количественные данные об их
изменениях
во
времени
и
пространстве.
Имитационные модели используются: а) как средство
изучения
систем,
выявления
и
анализа
закономерностей их функционирования; б) для
получения количественной оценки происшедших
изменений природных объектов; в) как средство
прогнозирования поведения систем под влиянием
предполагаемых внешних факторов.

21.

Первая
попытка
математического
моделирования глобальных экологических
процессов была предпринята в 1971 году
американским
исследователем
Дж.
Форрестером. Его модель содержала два
экологических параметра: загрязненность
среды и численность населения.

22.

Геоинформационный
мониторинг
основан
на
реализации
технологий
мониторинга
через
геоинформационные технологии и системы, а также
проблемно
ориентированные
информационные
системы. Для этой цели необходима интеграция
данных и их пространственная локализация.
Практическая
реализация
мониторинга
осуществляется через функционирование ГИС. Ее
назначение − упорядочение информации, ее
обработка, накопление и хранение, использование
потребителем. ГИС должна включать в свой состав:
- средства приема информации контактных данных и
дистанционного зондирования земной
поверхности;
- - информационно-вычислительный комплекс
приема и обработки информации;
- - комплекс накопления, хранения, тиражирования
информации.

23.

Организация службы мониторинга
Организационной
формой
экологического
мониторинга является Единая государственная
система экологического мониторинга (ЕГСЭМ).
Задачами
единой
системы
государственного
экологического мониторинга являются [Федеральный
закон «Об охране окружающей среды»]: регулярные наблюдения за состоянием окружающей среды, в
том числе компонентов природной среды, естественных
экологических систем, за происходящими в них процессами,
явлениями, изменениями состояния окружающей среды;
хранение, обработка (обобщение, систематизация) информации
о состоянии окружающей среды;
анализ полученной информации в целях своевременного
выявления изменений состояния окружающей среды под
воздействием природных и (или) антропогенных факторов,
оценка и прогноз этих изменений;
обеспечение органов государственной власти, органов местного
само- управления, юридических лиц, индивидуальных
предпринимателей, граждан информацией о состоянии
окружающей среды.