35. Глобальные и региональные прогнозы состояния природной среды. Прогноз загрязнения природных вод, почв. Прогноз качества водных ресурсов.

По масштабу исследования все прогнозы можно подраз­делить на:

• глобальные, охватывающие всю географическую оболочку или крупнейшие ее части, например Северное или Южное полушарие;

• региональные — многочисленная группа прогнозов для отдельных стран — чаще всего это анализ вероятност­ных последствий воздействия промышленного или иного объекта на окружающую среду.

Практически все глобальные прогнозы загрязнения воды и воздуха построены с помощью методов математи­ческого моделирования, причем модели все более услож­няются; с увеличением объема информации все шире ис­пользуют компьютеры. Однако какой бы сложной ни бы­ла модель, она всегда упрощает объект, поэтому особенноуспешно методы математического моделирования ис­пользуют для прогнозирования состояния отдельных ком­понентов природной среды.

При прогнозировании экологических последствий антропогенного загрязнения природной среды модели удобно подразделять на:

• модели переноса и превращения загрязняющих ве­ществ в окружающей среде (географические модели);

• модели изменения состояния экосистемы под влия­нием загрязнения (экологические модели).

Глобальные и региональные модели загрязнения при­родных сред позволяют прогнозировать изменение со­стояния природных геофизических сред с учетом процес­сов переноса, перехода загрязняющих веществ из одной среды в другую, их накопления, а также физической, химической и биологической трансформации и деструк­ции.

Прогнозирование сдерживается целым рядом обсто­ятельств. Прежде всего нужно учитывать, что в любых ре­альных природных процессах присутствуют три состав­ляющие:

• детерминированная, которая поддается точному расчету на период, достаточный для целей прогнозирова­ния;

• вероятностная, которая выявляется в процессе изу­чения прогнозируемого объекта или явления, причем точ­ность предсказания во многом зависит от успешного вы­явления закономерностей развития процесса;

• случайная, которая при современном уровне разви­тия науки практически не поддается предсказанию.

Специфика прогнозирования состояния окружающей среды заключается в том, что в подавляющем большинст­ве случаев приходится сталкиваться с вероятностными и случайными составляющими процесса развития, что при­ближает качество прогнозов к уровню гипотез (в наиболь­шей степени это относится к глобальным прогнозам). Кроме того, при составлении прогнозов приходится стал­киваться как с естественными, так и с социально-эконо­мическими процессами. Их точный совместный учет, а тем более прогнозирование представляют чрезвычайно сложную методологическую задачу.

Из сказанного следует, что необходимо совершенство­вать существующие методы прогнозирования, усложнять модели, а также уточнять прогнозы.

Существует три основ­ных метода прогнозирования: экспертных оценок, экс­траполяции и моделирования.

Метод экспертных оценок относится к числу наибо­лее разработанных. В основе метода лежит система получения и специализированной обработки прогнос­тических оценок объекта мониторинга путем целенаправ­ленного опроса высококвалифицированных специалис- тов-экспертов в узких областях науки, техники и про­изводства.

Методы экстраполяции применяют выборочно, в ос­новном для составления краткосрочных прогнозов. Они основаны на изучении количественных и качественных показателей исследуемого природного объекта за ряд предшествующих лет с последующим приложением выяв­ленной тенденции их изменений к прогнозируемому пе­риоду. Данные методы применимы в том случае, когда развитие ситуации в течение длительного времени проис­ходит без значительных скачкообразных изменений.

При составлении почвенных, почвенно-геохимических, почвенно-гидрологических и др. прогнозов значительную роль играет учет максимально возможного набора влияющих параметров, скоростей и обратимости протекающих процессов, исходных свойств, а также параметров меняющихся внешних условий. Несмотря на сложность задач этой категории (типичные задачи — прогноз урожайности, прогноз устойчивости зданий и сооружений, прогноз приживаемости растений, прогноз буферной емкости почв по отношению к загрязнителям и др.), в почвоведении накоплен значительный опыт, позволяющий оценить риски возможных изменений, их степень, время действия активных факторов и условий, скорость и обратимость изменений.* Во многих случаях представление об этих параметрах даже на качественном уровне позволяет снизить издержки и избежать непредвиденных эксплуатационных затрат, а оценка санитарно-эпидемиологического состояния почв — предотвратить риски угрозы жизни и здоровья людей, за которые предусмотрена уголовная ответственность.

Другой тип прогнозных задач, решаемых с помощью почвенно-экологической оценки — это проверка действия на окружающую среду новых различных препаратов, применяемых в различных сельскохозяйственных и промышленных целях — различных пестицидов, грунтоукрепляющих веществ, удобрений и т.п. Здесь достоверность прогнозов может быть существенно выше, поскольку позволяет использовать методы математического и натурного (физического) моделирования.

Высокое содержание ТМ в отдельных регионах, особенно кадмия, свинца, цинка, а также мышьяка в почве могут создавать серьезные затруднения для производства экологически безопасной продукции растениеводства. Необходимо установить источник ТМ, составить прогноз их действия и разработать специальные мероприятия, в которых особое внимание уделить известкованию, внесению органических удобрений, комплексному применению минеральных удобрений для нейтрализации токсического действия тяжелых металлов. Исследования, в Московской области показали вполне ожидаемую закономерность: запасы ТМ в почвах коррелируют с интенсивностью их потоков, а время, необходимое для достижения ПДК ТМ в почвах, исчисляется столетиями и даже тысячелетиями. Наиболее короткие сроки достижения ПДК ТМ в почвах характерны для районов, интенсивно применявших ОСВ: по Cd от 3 до 119 лет, по Pb – от 58 до 315 лет, по Zn – от 8 до 475 лет, по Cu – от 2 до 858 лет, по Ni – от 52 до 333 лет. Нормированное применение традиционных средств химизации (без применения ОСВ) многократно увеличивает сроки достижения ПДК в почвах: по Cd – до 222-364 лет, по Pb – до 501-682 лет, по Zn – до 1248-3100 лет, по Cu – до 4265-6522 лет, по Ni – до 358-562 лет. Таким образом, влияние сельскохозяйственного производства на загрязнение агроэкосистем ТМ минимально, а отрицательная роль удобрений (за исключением ОСВ и отходов промышленности) не установлена. Накапливается все больше экспериментальных данных, что научно обоснованное нормирование мелиорантов, традиционных форм минеральных и органических удобрений, не представляет опасности загрязнения современных агроэкосистем ТМ.

Используя систему ПДК загрязняющих веществ, на реке ниже сброса сточных вод можно выделить участок с существенным влиянием и участок с несущественным влиянием сточных вод на качество речной воды. Послед­ний характеризуется невысокой концентрацией вредных примесей, режим колебаний которых близок к естествен­ному, т. е. очень мало зависит от режима сброса сточных вод. Концентрация любого загрязняющего вещества на участке с незначительным загрязнением в 80% случаев не должна превышать ПДК.

При прогнозировании загрязне­ния в первую очередь рассматривают створы наблюдений и створы водопользования, расположенные на участках с существенным влиянием сточных вод на качество воды.

Изменение концентрации загрязняющих веществ в во­дотоках прямо или косвенно зависит от изменения расхо­да и температуры воды. Снижение (а в отдельных случаях и повышение) расхода и температуры воды до некоторых неблагоприятных для данного водного объекта значений может привести к опасным явлениям, поэтому прогнози­рование степени загрязнения речной воды следует вести, ориентируясь в первую очередь на изменения этих пара­метров.

Результаты оперативного прогнозирования загряз­нения речной воды зависят от заблаговременного прогно­зирования гидрометеорологических данных. Исходя из существенных возможностей прогнозирования этих пара­метров и учитывая, что для принятия мер по предотвра­щению или уменьшению возможных последствий опасных явлений необходим некоторый резерв времени, прогнозы ухудшения качества воды рек следует давать заблаговре­менно (на месяц вперед) с последующим уточнением да­ты начала наступления неблагоприятных условий.

Из других возможных неблагоприятных условий на­ибольшую опасность для речных вод представляют аварий­ные сбросы сточных вод. Они могут произойти в результа­те эксплуатации на грани аварии различных накопителей сточных вод, эксплуатации очистных сооружений с превы­шением их проектной мощности, загрязнения водосбросов отходами промышленных предприятий.

Оперативное прогнозирование при этом заключается:

• при явной угрозе аварийного сброса сточных вод — в прогнозе возможного ухудшения качества речной воды, которое может произойти в результате аварийного сбро­са сточных вод в условиях спрогнозированного мини­мального расхода воды в очередном месяце года (без ука­зания конкретной даты наступления неблагоприятных ус­ловий);

• при состоявшемся аварийном сбросе сточных вод — в максимально срочном прогнозе распространения зоны интенсивного загрязнения воды по длине реки в пределах контролируемой территории с указанием примерных сро­ков начала и конца неблагоприятного периода, вызванно­го прохождением зоны загрязнения.

В связи с большим разнообразием как режима загряз­нения речных вод и показателей воды, так и объема гид­рохимических наблюдений трудно предусмотреть все воз­можные способы составления оперативных прогнозов из­менения степени загрязнения речной воды. Поэтому методы прогноза должны быть согласованы с Гидрометео­службой Российской Федерации.

Прогноз минимальных, а при необходимости и макси­мальных значений расхода и температур речной воды, а также наибольшей толщины льда на рассматриваемом участке реки заблаговременно (на месяц вперед) осу­ществляют отделы гидропрогнозов.

Вся необходимая прогнозная информация об ожидае­мых в очередном месяце года количествах сбрасываемых в реку загрязняющих веществ должна по соответствую­щей договоренности передаваться через муниципальную администрацию или непосредственно от промышленных предприятий 25 числа каждого месяца.

На основании указанных в гидрометеорологических прогнозах данных, сведений о планируемом сбросе сточ­ных вод и оценки возможных аварийных ситуаций каж­дый месяц составляют прогноз степени загрязнения воды на контролируемом участке реки. В случаях, когда по прогнозу ожидаются опасные уровни загрязнения, про­гноз выпускают в форме предупреждения всем заинтере­сованным организациям.