Розділ І.
Моніторинг як система спостережень і контролю, оцінки та прогнозу стану навколишнього середовища.
Предмет, завдання, методи моніторингу.
Система спостережень за впливом антропогенних факторів на навколишнє середовище.
Побудова системи моніторингу.
Види екологічних спостережень і досліджень.
Геоінформаційні системи і технології.
Екологічне прогнозування.
Основні терміни розділу
Моніторинг
Біосфера
Керування станом довкілля
Фактори антропогенної дії
Класифікація станів
Навколишнє середовище
Джерела і фактори впливу
Екологічні спостереження
Система моніторингу
Геоінформаційні системи
Векторні моделі
Растрові моделі
Координати
Бази даних
Геокодування
Оцифрування
Картографування
Прогнозування
Географічна інформація
Автоматизована інформаційна система
Моніторинг як система спостережень і контролю, оцінки та прогнозу стану навколишнього природного середовища
Предмет, завдання, методи моніторингу
Цивілізоване людство дуже стурбоване значним погіршенням стану навколишнього природного середовища. Негативні зміни у природному середовищі зумовлені в основному негативною людською діяльністю. Індустріалізація зумовила значне забруднення повітря, води і грунту. У багатьох містах величини концентрації небезпечних газів і часток, рівень токсичних хімікалій у внутрішніх, прибережних, підземних водах і грунті перевищують норми Всесвітньої Організації Охорони Здоров’я (ВООЗ), що негативно впливає на здоров’я населення і може призвести до порушення багатьох екологічних систем і не лише в районі безпосередньої діяльності людини.
Для нормального функціонування і забезпечення стійкості екологічних систем та біосфери в цілому потрібно:
здійснювати постійний поточний контроль змін у навколишньому середовищі і запобігати наслідкам погіршення його якості;
прогнозувати можливі зміни довкілля та зумовлені ними екологічні наслідки.
Для визначення змін в екологічних системах користуються певними показниками, які називають фоновими. Параметри фонового стану довкілля змінюються під впливом антропогенної діяльності до критичних рівнів, перевищення яких спричиняє незворотні зміни в екосистемах. Щоб запобігти цьому, треба виявляти:
найчутливіші ланцюги в екосистемах, тобто ті, що є індикаторами стану середовища;
вплив окремих факторів та джерела цього впливу.
Всі ці заходи здійснюють через систему моніторингу довкілля ( від лат. monitor – той, що контролює, попереджує).
Термін «моніторинг довкілля» набув поширення в міжнародній практиці після Конференції ООН із середовища мешкання людини у 1972 р. і Генеральної асамблеї ООН, яка прийняла Програму ООН із захисту довкілля (UNEP), затверджену відповідною резолюцією у 1972 р. За міжнародним стандартом (CT ICO 4225-80) моніторинг – це багаторазове вимірювання для спостереження за змінами будь-якого параметру в певному інтервалі часу; система довгострокових спостережень, оцінювання, контролювання і прогнозування стану і зміни об’єктів.
Моніторинг довкілля – система спостережень і контролю за станом навколишнього природного середовища з метою розробки заходів щодо його охорони, раціонального використання природних ресурсів і попередження критичних ситуацій, шкідливих чи небезпечних для здоров’я людей, живих організмів і їхніх співтовариств, природних комплексів і об’єктів. Крім спостереження задачами моніторингу є також оцінка стану середовища і прогнозування його змін.
По суті моніторинг – є система повторних спостережень, одного чи декількох елементів навколишнього природного середовища у просторі і в часі з визначеними цілями відповідно до заздалегідь заданої програми. В науковому плані предметом моніторингу навколишнього середовища є організація функціонування комплексної системи моніторингу, оцінка і прогноз стану екологічних систем і біосфери в цілому, а також характеру впливу на них природних і антропогенних факторів. Моніторинг базується на загальних екологічних законах і має тісний зв’язок з природними, географічними і технічними науками.
Мета моніторингу довкілля - збирання конкретної інформації для оцінювання фактичного і прогнозованого його стану; проведення експериментів, моделювання процесів як основа для прогнозування і попередження про порушення екологічної рівноваги в природі, зниження біорізноманітності екосистем і погіршення умов життя людей.
Об’єктами моніторингу довкілля – є природні, антропогенні, природно-антропогенні екологічні системи, абіотичні і біотичні складові, біосфера, джерела впливу на довкілля.
В моніторингу довкілля як в комплексній галузі знань широко використовуються такі наукові методи досліджень, як аналіз і синтез, математична статистика й теорія імовірностей, експериментальні дослідження, математичне моделювання за допомогою ЕОМ та ін. На підставі дослідження взаємозв’язків між складовими екосистем і природними та антропогенними факторами відкриваються спільні закономірності функціонування екосистем, їх складових, компонентів біосфери на різних просторо-теріторіальних рівнях, що забезпечує здобуття нових знань про навколишнє природне середовище.
Моніторинг навколишнього середовища – це інформаційна система, яку називають системою спостереження і контролю. Основними завданнями цієї системи є:
спостереження за станом біосфери та її змінами;
оцінка і прогноз стану біосфери;
визначення ступеня антропогенного впливу на навколишнє середовище;
виявлення факторів і джерел забруднення навколишнього природного середовища (НПС).
Цим завданням відповідає універсальна схема інформаційної системи контролю стану природного середовища (рис 1.1.),придатна для різних рівнів, напрямів і масштабів оперативної і дослідницької роботи.
Інформаційна система (моніторинг) Управління
Рис.1.1 Блок-схема системи моніторингу
Блоки «Спостереження» і «Прогноз стану» тісно пов’язані між собою. Це пояснюється тим, що прогнозування змін довкілля можливе лише за наявності достатньої репрезативної інформації про його фактичний стан (прямий зв’язок).
Прогноз передбачає знання закономірностей змін стану природного середовища, наявність схеми і можливості прогнозованого розрахунку. З іншого боку спрямованість прогнозу значною мірою визначає структуру спостережень ( зворотній зв’язок).
Отримані в результаті спостережень або прогнозу дані оцінюються за допомогою спеціально обраних критеріїв. Визначаються збитки від впливу людської діяльності на навколишнє середовище і допустимі антропогенні навантаження на довкілля.
Інформація про існуючий стан довкілля та тенденції його зміни повинні враховуватись при розробці заходів по захисту довкілля. Оцінка існуючого і прогнозованого станів біосфери визначає вимоги до підсистеми спостережень.
Місце моніторингу в системі керування стану довкілля показано на рис.1.2. На схемі умовно поєднано енергетичні та інформаційні потоки.
Елемент біосфери з рівнем В піддається антропогенному впливу А і змінює свій стан ( В→ В́). Система моніторингу М дозволяє отримати картину цього зміненого стану, провести аналіз та оцінку фактичного та прогнозованого стану.
Інформація передається в блок керування К ( прийняття рішень). На основі цієї інформації в залежності від рівня науково-технічних розробок Н та економічних можливостей ( з урахуванням еколого-економічних оцінок Е) вживаються заходи по припиненню або обмеженню антропогенного впливу.
Рис. 1.2. Місце моніторингу в системі керування станом довкілля.
Для об’єктивної оцінки, аналізу і прогнозу екологічної ситуації в різних масштабах необхідні знання геофізичних процесів, антропогенних ефектів і ситуацій, які їх викликають. Антропогенні фактори, які впливають на стан біосфери, здоров’я населення, чисельні (забруднення різними хімічними речовинами, викиди і скиди відходів виробництва, фізичне і біологічне діяння, нагрівання біосфери та ін.).
Нагляд за антропогенними факторами можна здійснювати за фізичними, хімічними і біологічними показниками. Найбільше перспективні інтегральні показники стану природних систем.
Фактори антропогенної дії можливо об’єднати в сім груп [36 ]. Дія кожної групи на біосферу оцінюється зміною властивостей основних елементів біосфери; ефектом геофізичних та геохімічних наслідків; порушенням екосистем, геофізичними та геохімічними наслідками; впливом на стан здоров’я людини.
Перша група – це викид у біосферу хімічно та фізично активних речовин. Викид зумовлює зміну стану та властивостей атмосфери; спричиняє великомасштабні зміни циркуляції в атмосфері та океані; порушує їх стійкість;знижує працездатність людей.
Друга група – викид у біосферу інертного матеріалу призводить до зміни складу і властивостей вод, суші, погоди, клімату, екосистем океану; естетичних збитків; погіршення настрою.
Третя група – пряме нагрівання атмосфери. Нагрівання спричиняє зміну складу та властивостей вод світового океану; перерозподіл та зміну відповідальних небіологічних ресурсів (водних, кліматичних); генетичні ефекти переродження; хвороби, виникнення стресових ситуацій.
Четверта група (фізична дія, яка змінює поверхню суші і рослинного покриву (ерозія, пожежі)) - веде до зміни стану біоти та біогеофізичного середовища; порушення озонового шару; зникнення існуючих видів, появу нових; генетичні зміни.
П’ята група (біологічна дія, розвиток агроценозів) - призводить до зміни літосфери, прозорості атмосфери, проходження сонячного випромінювання; зменшення біопродуктивності популяцій, деградації лісів, зміни тривалості життя.
Шоста група (знищення відновних і невідновних ресурсів)- визиває зміну у кріосфері; ерозію земної поверхні; деградацію грунтів, зниження темпу приросту населення.
Сьома група (антропогенні упорядковані потоки речовин)- зумовлює зміну геофізичних властивостей великих систем, зміну властивостей суші і грунту; порушення природних кругообігів; зміну здатності біосфери до відновлення ресурсів, виснаження невідновних ресурсів, зменшення чисельності населення.
Система моніторингу сприяє виявленню критичних ситуацій, дозволяє виділити критичні фактори впливу та елементи біосфери, найбільш вразливі до антропогенного впливу.
Основні фактори, елементи і процеси, що вимагають ретельного спостереження і дослідження, приведені в таблиці1.1
Таблиця 1.1.