«ТЕХНИКА ИПРОГРАММИРОВАНИЕ В ЭКОЛОГИИ»
Стремительный ростобщей численности населения планеты совместно с усилением техногенныхвоздействий на окружающую среду существенно меняют ход глобальных природных процессовна Земле. В настоящее время масштабы естественных и антропогенных процессовстали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться в сторонувозрастания мощности антропогенного воздействия на биосферу.
Термин «экология» былвведен в употребление немецким естествоиспытателем Э.Геккелем в 1866г. и вдословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос – дом, жилище;логос — учение). В настоящее время смысл термина «экология» существеннотрансформировался: экология стала более ориентированной на человека в связи сего исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду. Современнуюэкологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением существования ивзаимоотношений живых организмов, в том числе и человека, со средой обитания,определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого обществана среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации.
Содержание термина«экология», таким образом, приобрело социально-политический, философскийаспект. Экология при этом рассматривается не только как самостоятельнаядисциплина, а как мировоззрение, призванное пронизывать все науки,технологические процессы и сферы деятельности людей. Таким образом, не толькотехнический прогресс и деятельность людей влияют на экологию, но и экология всвою очередь использует результаты достижений современных технологий длявлияния на мировоззрение людей и дальнейшее развитие технологических процессов.
Рассмотрим, чем можетбыть полезен технический прогресс с точки зрения экологии, как прикладнойнауки. На рисунке ниже представлена общая схема глобального техногенноговоздействия на биогеохимические циклы экосистемы.
/>
Системный подход крешению экологических проблем в условиях усиленных антропогенных нагрузокпредполагает комплексное изучение протекающих в ландшафтно-географической средепроцессов. Решение данной задачи невозможно как без привлечения методовпрогнозирования, так и без регулярных наблюдений за объектами экосистемы исбора статистического материала на протяжении длительного периода времени дляполучения выборки, объем которой позволяется получать вероятностные значения сзаданной точностью.
Таким образом всовременной экологии использование технических средств и оборудования можетрассматриваться с двух точек зрения:
1) припостроении машинных имитационных моделей и применении математических методовпрогнозирования, и математическое моделирование здесь – один из основныхинструментов системного анализа, позволяющий в ряде случаев избежать трудоемкихи дорогостоящих натурных элементов;
2) припроведении исследований состояния отдельных объектов окружающее среды дляполучения информации об уровне их загрязнения, мониторинга измененийэкологических факторов, накопления статистического материала в целях наполнениясоответствующих баз данных, реализации системы оптимального управления уровнемантропогенного воздействия на объекты экосистемы.
А. Рассмотримиспользование аппаратных, технических и программных средств в целяхматематического моделирования и построения имитационных моделей в экологии:
Проблема адекватности иточности прогноза (как в экологии, так и в других науках) выдвигается внастоящее время на одно из первых мест. С развитием ЭВМ все большеераспространение получают математические модели, стремящиеся к максимальноадекватному описанию объекта за счет расширения количества описываемыхпроцессов и более детального их описания. Для решения задач, связанных суправлением реально существующими экосистемами строятся машинные (имитационные)модели с использованием программно-аппаратных средств последнего поколения. Приразработке таких моделей приходится считаться с тем фактом, что современные ЭВМявляются вычислителями дискретного действия, изначально не предназначенными длярешения задач моделирования. Поэтому в процессе создания имитационных моделейприходится разрабатывать для них специальное математическое и программноеобеспечение.
В то же времянестационарный и стохастический характер развития экологических систем приводитк значительной априорной неопределенности, которая вызывает серьезные трудностипри моделировании.
В настоящее время можноотметить два направления развития имитационного моделирования экологическихсистем, где предлагаются достаточно конструктивные средства для работы снеопределенностью.
Первое направлениеоформилось как методика решения задач идентификации и верификации экологическихмоделей. Под идентификацией экологической модели понимается процесс определенияи уточнения численных значений коэффициентов модели при исследовании конкретнойэкологической ситуации.
Для верификации моделейкруговорота биогенных элементов используется методика связности, существенноуменьшающая неопределенность модели с помощью выделения связей, наложенных напараметры (из условий сохранения устойчивости особых точек для нескольких итерациймодели).
Верификация существенноуменьшает неопределенность модели, но все же не дает однозначных численныхзначений для всех параметров системы. Поэтому коэффициенты модели, оставшиесянеопределенными, необходимо идентифицировать по реальным данным.
Второе направлениепредставляет достаточно успешную попытку совместить процесс обнаружения скрытыхзакономерностей развития экосистемы и их интеграцию в математическую модель. Вкачестве методологической основы для данного подхода используется общая теориясистем и теория статистических решений. Уточнение и конкретизация структурымодели осуществляется за счет сужения множества гипотез. Под структурой моделив данном контексте понимается алгоритм, определяющий вычисление выходныхпеременных системы через значения переменных на входе.
Говоря об имитационноммоделировании, нельзя не отметить тот факт, что качественный анализэкологических моделей развит достаточно глубоко только для моделей малойразмерности. Поэтому даже при наличии имитационной модели, обладающей всемивозможными достоинствами, дать оценку общего состояния экосистемы по 15-20различным графиком представляется весьма затруднительно.
Рассмотриминформационную систему и систему поддержки мониторинга на следующих примерах:
I.Информационная система TerraNorte, призванная осуществлятьсистематизированное хранение и обновление географических баз данных мониторинганаземных экосистем Северной Евразии и обеспечивать удаленный доступпользователей к информации на основе Интернет-технологий.
Система TerraNorte являетсяодним из ключевых структурных элементов системы спутникового мониторинганаземных экосистем Северной Евразии, функциональная схема которого в обобщенномвиде представлена на рис. 1 и включает в себя следующие основные компоненты:
1. Подсистема сбора ипредварительной обработки спутниковых данных;
2. Подсистематематического анализа спутниковых данных;
3. Подсистема анализаданных и моделирования;
4. Информационнаясистема TerraNorte.
Ниже рассмотреносодержание указанных компонентов системы спутникового мониторинга наземныхэкосистем Северной Евразии.
Подсистема сбора ипредварительной обработки спутниковых данных предназначенадля формирования архивов данных спутниковых наблюдений и получения улучшенных,т.е. очищенных от влияния факторов, ограничивающих их использование (облака,тени, аппаратные помехи и т.д.), а также при необходимости скорректированных завлияние атмосферы, угловых условий освещения и наблюдения, продуктов данных.
Классифицируя доступныев настоящее время и активно используемые для мониторинга наземных экосистемСеверной Евразии спутниковые системы оптического диапазона длин волн по уровнюпространственного разрешения, можно выделить следующие основные группы:
Данные низкогопространственного разрешения (~ 1 км), имеющие, как правило, наиболее высокуюпериодичность наблюдений и способные не реже чем ежесуточно обеспечиватьглобальное покрытие Земли (в бореальной зоне до 2-3 раз в зависимости от широтыместности). К спутниковым инструментам этого уровня разрешения относятсясистемы NOAA-AVHRR, SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS, обеспечивающиеполучение данных измерений в широком диапазоне длин волн оптического спектра.
Данные среднегопространственного разрешения (~ 250-500 м), к числу которых относятся наблюдения, проводимые спутниковыми системами Terra/Aqua-MODIS и Envisat-MERIS. Этисистемы, как правило, способны обеспечить глобальное покрытие в течение 1-3дней и также проводят измерения в широком диапазоне длин волн.
Данные высокогопространственного разрешения (~ 20-50 м), обеспечивающие, как правило, частотунаблюдений одной территории не чаще чем один раз в две недели. К спутниковымсистемам этого класса, в частности относятся Landsat-TM/ETM+, SPOT-HRV/HRVIR,Terra-ASTER, Метеор-3М/МСУ-Э.
Данные сверхвысокогопространственного разрешения (~ 1-3 м), применяемые, как правило, длявыборочных наблюдений на нерегулярной основе. К их числу, в частности,относятся спутниковые системы IKОNOS, Quick Bird и SPOT-HRG.
Комбинированноеиспользование спутниковых данных указанных выше групп, в совокупности сналичием соответствующих алгоритмов анализа данных и методов пространственногомоделирования, позволяет спроектировать систему мониторинга наземных экосистемСеверной Евразии, обеспечивающую квазинепрерывность наблюдений присубконтинентальном охвате территории и получении в ряде случаев детальныххарактеристик ключевых объектов и явлений.
В настоящее времяспутниковые данные и результаты их обработки поступают в систему из центраприема ИКИ РАН и центров сбора и обработки данных различных российских институтов(ИСЗФ СО РАН, ИОА СО РАН, ИКФИА СО РАН и др.). В систему также поступают данныеиз специализированных Российских и международных центров приема, обработки ираспространения спутниковых данных. При этом комплекс работ по созданиюTerraNorte не предусматривает разработки новых технических и программныхсредств сбора и предварительной обработки спутниковых данных, а реализациясоответствующей подсистемы основывается на тесной интеграции TerraNorte скомплексом разработанных в ИКИ РАН автоматических технологий обработкиразличных типов спутниковых данных.
Подсистема анализаданных и моделирования процессов в наземных экосистемахпредназначена для создания производных информационных продуктов высокого уровняна основе банка данных TerraNorte с использованием специализированныхалгоритмов тематического анализа и математических моделей и включает в себя, вчастности, следующие типы моделей:
1. модели продукционныхпроцессов в наземных экосистемах;
2. модели сукцессоннойдинамики растительности;
3. моделивзаимодействия наземных экосистем и климата;
4. модели оценкикомпонентов цикла углерода и других биогеохимических циклов;
5. модели цикловэнергии и воды.
Структураинформационной системы TerraNorte включает в себя рядрассмотренных ниже компонентов, а именно:
1. Банк данных
2. Геоинформационнаясистема
3. Подсистемаудаленного доступа к данным
Банк данных являетсяядром информационной системы TerraNorte. Геоинформационная системапредназначена для осуществления двух основных функций, а именно для обеспечениядоступа локальных пользователей к банку данных TerraNorte, а также дляпроведения пространственного анализа и моделирования с целью полученияпроизводных информационных продуктов второго и более высокого уровней на основеразличных пространственных данных. Подсистема удаленного доступа к данным наоснове Интернет-технологий обеспечивает пользователям возможность получения каксобственно информационных продуктов из банка данных, так и данных в видетабличных и графических документов, синтезируемых в соответствии с запросамипользователей. В настоящее время пользователи могут получить доступ к информационнойсистеме TerraNorte через web-сайт по адресу terranorte.iki.rssi.ru.
Особенностипрограммно-аппаратной реализации системы TerraNorte
Техническая реализацияинформационной системы TerraNorte основана на объединенном использованиинескольких файл-серверов, обеспечивающих хранение содержимого банка данных. Приэтом данные распределены между серверами в соответствии с их статусом (входные,промежуточные, выходные), типом (спутниковые, картографические, табличные) иформатом хранения (СУБД, бинарные файлы, файлы в формате ГИС-пакетов и др.)
Доступ конечныхпользователей к данным системы обеспечивается web-сервером.
Разработкаинформационной системы поддержана Российским Фондом ФундаментальныхИсследований (проект № 04-07-90263-в).
II.Система АРМ ЭКОМ (автоматизированное рабочее место экологического мониторинга).
Программная система АРМЭКОМ является многофункциональной информационной системой, построенной на базеГИС МарInfo. Назначение системы состоит в хранении, обработке и представлениицифровой картографической, экологической и других видов информации. Системапозволяет:
— осуществлять сбор,классификацию и упорядочивание экологической информации;
— исследовать динамикуизменения состояния экосистемы в пространстве и времени;
— по результатаманализа строить тематические карты;
— моделироватьприродные процессы в различных средах;
— оценивать ситуацию ипрогнозировать развитие экологической обстановки.
На ГИС-основе созданабаза моделей природных и техногенных объектов, база данных контрольныхизмерений, справочники вредных веществ, содержащие значения предельнодопустимых концентраций и группы лимитирующих признаков вредности. Оцифровкаосуществлена послойно, т.е. каждая группа однотипных элементов (реки, озера,дороги, города, предприятия) заносятся в отдельный слой. База данных цифровойкарты включает два типа картографической информации: пространственную иописательную. Преимущества ГИС состоит в связывании этих двух типов данных иподдержании пространственных связей между объектами. Описательная часть БД хранитсяв формате DBF, что позволяет независимо заполнять ее в других программныхоболочках, например FoxPro. Это особенно актуально для результатов контрольныхизмерений, имеющих большой объем.
На основании базыконтрольных измерений создана система мониторинга состояния окружающей среды,позволяющая оперативно оценивать экологическую ситуацию в заданном районе ипредставлять ее на карте.
Единая база природныхобъектов и источников загрязнения обеспечивает возможность моделирования распространениявредных веществ в воздушной и водной средах с целью исследования сложившейсяобстановки и выработке рекомендаций по ликвидации последствий ситуации и порациональному природопользованию. Модели распространения загрязняющих веществ вводе и в воздухе учитывают технологические характеристики предприятий(экологический паспорт), географическое местоположение, метеорологическиеусловия.
Реализована модель распространения примеси в воздухе, основанная на методикеГГО, называемая ОНД-86. Методика ОНД-86 для расчета концентрации примесей ватмосферном воздухе используется в нашей стране в качестве стандартной. Онапозволяет рассчитать поле разовых концентраций примеси из земли при выбросе изодиночного источника и группы источников, при нагретых и холодных выбросах,дает возможность учесть одновременно действие разнородных источников ирассчитать суммарное загрязнение атмосферы от промышленных комплексов. Припроектировании предприятия необходимо с помощью ОНД-86 определить егохарактеристики (а именно высоту источника выброса, ширину санитарно-защитнойзоны и др.) для обеспечения безопасности его функционирования для находящихсяпоблизости населенный пунктов. Для уже действующих предприятий возможноопределить предельно допустимые выбросы, при которых обеспечивается непревышение санитарных норм содержания вредных веществ. Данная методика позволяетрассчитать значение разовой концентрации вредных веществ, которое определяетсяпри наиболее неблагоприятных метеорологических условиях, то есть рассматриваетсяне реальная ситуация, а наихудший случай для данной местности. Результатомработы модели является поле концентраций, являющееся слоем ГИС.
Для водотоковреализована модель для средних рек северо-западного региона. Моделированиераспространения загрязняющих веществ осуществляется от группы водовыпусков впределах участка или целого водного бассейна с учетом их специфики,рассчитывается предельно допустимый сброс сточных вод в водные объекты. Вкачестве расчетного метода прогноза влияния сброса производственных, ливневых ихозяйственно-бытовых стоков и оценки процесса разбавления, а также дляобоснования допустимых нормативов сброса сточных вод применен методматематического моделирования конвективно-диффузионного переноса загрязняющихвеществ. Результатом работы модели также является поле концентраций,импортируемое в ГИС.
Система реализуеталгоритмы оценки качества окружающей природной среды. Возможность совмещенияреальных значений фоновых концентраций, полученных в результате контрольныхизмерений, с результатами моделирования техногенных воздействий различныхпроизводств, работающих в штатном режиме и в случае аварийных выбросов исбросов позволяет рассматривать ситуации при различных метеоусловиях и наосновании этого осуществлять прогнозирование возможных последствий,проектирование хозяйственной структуры района. Географические карты при этомслужат основным способом как отображения закономерностей изменения состоянияэкосистем, так и получения информации.
Б. Рассмотримиспользование аппаратных, технических и программных средств в целях проведенияточечных проб, мониторинга изменений экологических факторов окружающей среды иосуществления экологического нормирования:
Как правило,потребность измерения экологических факторов связана с необходимостью установлениянорм и правил природопользования. Экологическое нормирование и стандартизация вобласти охраны окружающей среды и рационального природопользования приобретаютсегодня особую важность. Это обстоятельство объясняется быстрым развитиемэкологического права в России, введением принципа платности природопользования,передачей объектов природопользования в частное управление, а также продолжающимсяухудшением экологической ситуации и необходимостью принятия адекватныхпревентивных мер.
Практика экологическогонормирования позволяет выделить три его основных направления:санитарно-гигиеническое, экосистемное и производственно-ресурсное.
Основной задачейсанитарно-гигиенического нормирования является обеспечение безопасностижизнедеятельности человека и сохранение генетического фонда. К основномуобъекту исследований относится толерантность человека к вредным воздействиям.
Экосистемноенормирование включает оценку качества окружающей среды и ее компонентов черезсистему индексов и количественных оценок. В качестве инновационного направленияможно выделить исследования в области нормирования индивидуального и групповогориска при разного рода чрезвычайных ситуациях.
Производственно-ресурсноенаправление призвано решать целый комплекс проблем. Это производственно-технологическоеобеспечение соблюдения экологических норм и правил через экологизациютехнологических процессов, нормирование качества выпускаемой продукции,ограничение прямого воздействия на природную среду предприятий, нормирование истандартизация в области обращения с отходами производства и потребления.
Экологическоенормирование тесно связано с экологическим контролем, которому отводится одноиз ведущих мест в системе обеспечения рационального природопользования и охраныокружающей среды. Основными формами экологического контроля выступаютэкологическая экспертиза, экологический мониторинг, экоаудит.
Практика созданияэкологических нормативов предполагает два основных этапа:
· Научнаяразработка и обоснование норм и правил;
· Приданиеим статуса норматива.
Система стандартов вобласти охраны окружающей среды в настоящее время сохраняет свое значениевплоть до принятия соответствующих технических регламентов. В российскомклассификаторе ГОСТов для природоохранных стандартов выделен раздел 17 «Охранаприроды», который состоит из десяти (0-9) комплексов (в номенклатуре стандартоввторое после 17 число):
0 –организационно-методический;
1 – охрана ирациональное использование вод;
2 – защита атмосферы;
3 – охрана ирациональное использование биологических ресурсов;
4 — охрана ирациональное использование почв;
5 – улучшениеиспользования земель;
6 – охрана флоры;
7 – охрана фауны;
8 – охрана ипреобразование ландшафтов;
9 – охрана ирациональное использование недр.
Остановимся болееподробно на стандарте 4 «Охрана и рациональное использование почв».
Земельные ресурсыотносятся к универсальным природным ресурсам, необходимым для многих отраслейчеловеческой деятельности. Их следует оценивать с разных позиций:
1) Землякак почва для обеспечения человека продуктами питания;
2) Землякак территория для размещения различных объектов обеспечения человеческойдеятельности.
Земли относятся кприродным компонентам, испытывающим наиболее значительные прямые и косвенныеантропогенные воздействия, а также подверженным экзогенным геологическимопасностям.
Рассматривая земли какпочвы и как территории, следует отразить следующий момент. В современномроссийском законодательстве установлен принцип регулирования земельныхотношений, по которому использование земель осуществляется исходя изпредставления о земле как о природном объекте и одновременно как о недвижимомимуществе. При этом отмечается явная тенденция смещения трактовки понятия«земельные ресурсы» в сторону социально-экономических интересов в ущербприродно-ресурсным и экологическим. Такая тенденция должна быть компенсированаразработкой и принятием закона «Об охране почв». Однако до настоящего временипроект закона находится на стадии согласования.
Почвы крупныхмегаполисов испытывают особенно интенсивную антропогенную нагрузку, котораячасто приводит к их деградации и, соответственно, к нарушению нормальногофункционирования, что оказывает как прямое, так и косвенное негативноевоздействие на живые организмы. Поэтому мониторингу состояния почв в крупныхгородах, в том числе таких мегаполисах, как Москва, уделяется со стороныгосударства особое внимание. Система мониторинга почв в г.Москве представляетсобой систему непрерывных наблюдений за их состоянием, с целью оценки ипрогноза изменений состояния городских почв под воздействием природных иантропогенных факторов.
Система мониторингапочв в г.Москве начала функционировать в 2004 году; в настоящее время сетьнаблюдений за качеством почв включает в себя 1300 пунктов постоянного мониторинга(ППМ), равномерно распределённых по административным округам города натерриториях различного функционального назначения. Планируется дальнейшееувеличение количество пунктов наблюдения. (В приложении к реферату приведены(а) Карта ЦАО г.Москвы, почвы, пункты экомониторинга; (б) Карта фактическогоматериала по отбору проб почв в 2008 году.)
Основные направлениямониторинга почв в г. Москве:
· Регулярныймониторинг состояния почв на ППМ, в ходе которого дается их агрохимическаяхарактеристика, оценивается степень загрязнения тяжелыми металлами иполициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ);
· С 2006 г. ведется наблюдение за особенностями распространения загрязнения почввблизи транспортных магистралей (МКАД, 3е транспортное, Бульварное и Садовоекольцо);
· В 2005 г. было проведено пионерное исследование – подробное изучение степенизагрязнения почв г.Москвы стойкими органическими загрязнителями (СОЗ). Вближайшем будущем планируется создание системы регулярного мониторинга СОЗ.
Рассмотрим приборы дляопределения загрязнения почв и измерения почвенных характеристик.
I. Анализатор для определения загрязнения почвыEcoProbe 5 (RS Dynamics)
Прибор ECOPROBE 5устанавливает новый стандарт эксплуатационной гибкости, удобства и качества припроведении работ по обнаружению и анализу содержания летучих органическихсоединений и других показателей загрязнения. Этот прибор обеспечиваетэкономически эффективный и современный уровень обследования почвы на наличиезагрязнений, с беспрецедентной шириной спектра и точностью получаемых данных.Все эти достоинства — результат уникального сочетания фотоионизационногодетектора ФИД (для измерения суммарной концентрации почвенного газа) и избирательногоинфракрасного детектора (для проведения раздельных измерений концентрацииметана, углеводородов, и углекислого газа). Полученный комплект параметровдополняется результатами измерений температуры, давления и содержаниякислорода.
Каждый раз, припроведении измерений, производя анализ 8 различных параметров одновременно,прибор ECOPROBE 5 значительно улучшает качество измерений в целом, и устраняетнеобходимость взятия образцов и их транспортировки в лабораторию. Вся процедураизмерения занимает менее минуты!
Прибор ECOPROBE 5характеризуется крайне высокой чувствительностью, замечательной устойчивостьюнуля как ИК, так и ФИД анализатора, возможностью измерения пористости почвы врежиме реального времени, и функцией определения местоположения в системе GPS.Обработка данных производится с использованием системы, совместимой спрограммой Surfer и другими основными системами обработки.
Все эти достоинства делают ECOPROBE 5 действительно качественно новым приборомдля контроля состояния окружающей среды.
ОСНОВНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ
Обнаружение, определениеграниц и контроль содержания углеводородов и других органических соединений впочве и воде после разлива топлива.
Осуществление быстрогои технологически несложного контроля за подземными баками и трубопроводами наналичие протечек.
Наблюдение за свалкамии сельскохозяйственными отходами.
Контроль перемещенияшлейфов загрязнений.
Контроль процессавосстановления биологической среды.
Обнаружение и контрольобразования метана на закрытых угольных шахтах.
Обнаружение и контрольгазообразных токсичных веществ на промышленных предприятиях и в сельскомхозяйстве.
Обнаружение и контрольпотока загрязнений через промышленные уплотнения.
Мониторинг воздушногобассейна (ФИД).
Исследованиезагрязнения почвы с помощью прибора ECOPROBE 5
Представляя собойуникальное сочетание суммарного ФИД анализатора и избирательного ИКанализатора, прибор ECOPROBE 5 предоставляет новую методику, котораязатрагивает буквально все естественные условия, и позволяет выполнить труднуюзадачу практического воплощения научного подхода к проведению и интерпретацииисследований загрязнения почвы. Самыми значительными «подземными»факторами, которые обуславливают загрязнение поч-вы, являются следующие:
Присутствие метана: Какпродукт естественных биологических процессов, метан в различных концентрацияхвстречается повсюду, под слоем почвы. Проницаемость почвы: почвы с различнойвеличиной проницаемости создают различные условия для образования газов,которые, в свою очередь, оказывают значительное влияние на результаты измерений.Благодаря внутренней структуре, относительно плотные почвы, такие как глина,образуют почвенные газы за значительно более короткий период времени, по сравнениюс проницаемыми почвами, такими как песок.
Присутствие метана иширокое разнообразие значений проницаемости почвы являются двумя основнымифакторами, которые вносят искажения в измерение содержания почвенных газов. Обаони оказывают существенное влияние на измеренные величины концентрации загрязнений.Без внедрения нового метода ECOPROBE, эти ошибочные результаты могут привести ксерьезным ошибкам в интерпретации как полевых, так и лабораторных измерений. Дляобычных исследований прибор ECOPROBE 5 предлагает специальный режим,показывающий максимальную измеренную величину на каждом пункте измерения. Этотрежим обеспечивает компенсацию измерений для почв с различной проницаемостью(красные стрелки на графиках).
Примеры полученныхрезультатов
Самые современныетехнологические решения, заложенные в прибор ECOPROBE 5, позволяют выполнятьточное и эффективное нанесение на карту подповерхностных загрязнений почвы.Комплексная процедура измерения, примененная в приборе, идеально подходит длямониторинга биовосстановительных процессов, при протекании которых бактериивырабатывают кислород и выделяют тепло, а также метан и углекислый газ
Комплект корреляционных графиков включает в себя:
Полную концентрацию — с помощью ФИД датчика (за исключением метана)
Избирательную концентрацию метана — с помощью ИК датчика
Избирательную концентрацию группы нефтяных компонентов — с помощью ИК датчика
Избирательную концентрацию углекислого газа — с помощью ИК датчика
Кислород
Температуру почвы
Вакуум — при взятии проб
/>
Комбинация параметровпомогает отличить различные виды загрязнений, и обеспечивает более точнуюкартину их присутствия. Концентрация CO2, кислорода, и уровни температурыуказывают на подповерхностную активность бактерий Измерение давления даетинформацию о процессах микровентиляции Графики, показывающие последовательностиизмеренных величин (на предыдущей странице), отражают структуру почвы и ее пористость
Пояснение
На корреляционныхграфиках справа представлены протяженные загрязнения, с интервалом 20-40 м. Масштабная активность бактерий (вырабатывающих метан) видна на графике для метана. ТР канализмеряет содержание углеводородов нефти, включая метан. На графике ТРпротяженные загрязнения видны большей частью как метан. Канал ФИД показываетзагрязнения в форме летучих органических соединений (за исключением метана).Последние загрязнения расположены с интервалом 70-80 м. Концентрация слишком высока, чтобы измерять ее с помощью ФИД. Активность бактерий еще неначалась. На графике метана нет указаний не его присутствие. График ТРпоказывает, что в последнем загрязнении присутствуют соединения углеводородов
Регистрация данных икомпьютерная оценка результатов измерений
Прибор ECOPROBE 5 обеспечиваетстандартную регистрацию данных, и дополнительную регистрацию GPS. Обе функциипредоставляют свободу перемещения к любой точке измерения в данном месте. Вседанные сохраняются на диске прибора, в соответствии с координатами Х и Y, илиGPS. Такая система регистрации данных предоставляет мощный и разностороннийинструмент для быстрого получения результатов интерпретации. Коммуникационноепрограммное обеспечение ECOPROBE PLUS для Windows9x/NT обеспечивает передачуданных от прибора к компьютеру, и предоставляет основную информацию дляинтерпретации. Карты изолиний (при использовании, например, программ Grapher,Surfer, или Rockware) готовы примерно через 10 минут
Прибор для экспрессанализа токсичности «Биотокс-10М»
Назначение и областьприменения
Настоящий документустанавливает методику быстрого и количественного контроля степени интегральнойхимической токсичности водных вытяжек из почвы в лабораторных условиях сиспользованием в качестве тест-объекта препаратов лиофилизированных бактерий«Эколюм»; и измерительного прибора серии «Биотокс». Тест-система реагирует натоксические соединения разнообразной химической природы и смеси веществ.
Документ предназначендля учреждений Государственной санитарно-эпидемиологической службы РоссийскойФедерации и специальных служб федеральных органов исполнительной власти,осуществляющих ведомственный санитарно-эпидемиологический надзор.
Опасность загрязненияпочв определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния наконтактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и прямо или косвенно начеловека.
Результаты обследованияпочв учитывают при определении и прогнозе степени их опасности для здоровья иусловий проживания населения в населенных пунктах, разработке мероприятий по ихрекультивации, технических решений по реабилитации и охране водосборныхтерриторий, оценке эффективности санитарно-экологических мероприятий и текущегосанитарного контроля за объектами, воздействующими на окружающую среду населенногопункта.
Принцип методики
Методика основана наопределении изменения интенсивности биолюминесценции генно-инженерного штаммабактерий при воздействии токсических веществ, присутствующих в анализируемойпробе, по сравнению с контролем. Люминесцентные бактерии оптимальным образомсочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных загенерацию биоповреждений (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена,генетический аппарат), с экспрессностью, объективным и количественнымхарактером отклика целостной системы на интегральное воздействие токсикантов.Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат ферментлюциферазу, осуществляющую эффективную трансформацию энергии химических связейжизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессныхи количественных измерений.
Критерием токсическогодействия является изменение интенсивности биолюминесценции тест-объекта висследуемой пробе по сравнению с контролем. Уменьшение интенсивностибиолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.
Острое токсическое действиеисследуемой пробы на бактерии определяется по ингибированию их биолюминесценцииза 30-ти минутный (в экспрессном варианте — 5 минут) период экспозиции.Количественная оценка параметра тест-реакции выражается в виде безразмерной величины- индекса токсичности «Т», равной отношению Т=100(1о-1)Ло, где 1о и Iсоответственно интенсивность свечения контроля и опыта при фиксированномвремени экспозиции исследуемого раствора с тест-объектом.
Методика допускает трипороговых уровня индекса токсичности:
1. допустимая степеньтоксичности: индекс токсичности Т меньше 20;
2. образец токсичен:индекс Т равен или больше 20 и меньше 50;
3. образец сильнотоксичен: индекс токсичности Т равен или более 50.
Характеристикипогрешности
Метрологическиехарактеристики биотеста в соответствии с аттестацией 4/7-93, проведеннойорганами Госстандарта: сходимость результатов определения тест-параметра — 5%,воспроизводимость результатов определения тест-параметра — 5%.
Характеристика прибора«Биотокс-10М»
Специализированныйлюминометр «Биотокс-10М» является измерительным прибором, предназначенным дляпроведения токсиколого-гигиенического мониторинга объектов окружающей среды, сиспользованием микробных биолюминесцентных сенсоров серии «Эколюм». Сочетаниебиохимического датчика с современной электронной аппаратурой позволяетобнаруживать с высокой достоверностью чрезвычайно малые количества токсическихсоединений и их смесей. В приборе используется простая и надежная технологияотбора и предъявления проб, которая безопасна при проведении экологическойэкспертизы, как в лабораторных, так и полевых условиях.
Портативный прибор«Биотокс-10М» может осуществлять следующие функции в автоматическом режиме:определение интенсивности биолюминесценции тест-объекта, индекса токсичностипробы, усредненной величины индекса токсичности, вычисление стандартногоотклонения показателя токсичности, определения величин ЕС20 и ЕС50 — пороговыхзначений допустимой степени и острой степени токсичности образца, исследованиединамики процесса взаимодействия токсикантов с тест-объектом, компьютерная обработкаданных, наличие сигнала для оператора в случае превышения пробой допустимогоуровня токсичности.
Условия выполненияизмерений
Биотестированиепроводится в нормальных лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 15150.Помещение не должно содержать токсичных паров и газов.
Температура окружающеговоздуха в лаборатории от +18 до +25°С. Относительная влажность воздуха 80±5%.Атмосферное давление 84-106кПа (630-800 мм рт.ст.).
При использованииэлектроприборов частота переменного тока 50±1 Гц. Напряжение сети 220±10 В.Освещение помещения естественное или искусственное, не ограничивается особымитребованиями.
Обработка, оценка иоформление результатов
Оценку токсичностипробы проводят по относительному различию в интенсивности биолюминесценцииконтрольной и опытной проб и вычислению индекса токсичности «Т» (прибор«Биотокс» позволяет автоматически вычислять индекс токсичности). Абсолютнаявеличина интенсивности биолюминесценции контроля не имеет принципиальногозначения в диапазоне допустимых значений прибора «Биотокс».
Индекс токсичности «Т»есть величина безразмерная, и определяется по формуле Т = 100 (1о-1)/1о, где 1ои I соответственно интенсивность свечения контроля и опыта при фиксированномвремени экспозиции исследуемого раствора с тест-объектом. Обработку результатовизмерений токсичности выполняют путем расчета среднеарифметического значениявеличины индекса токсичности «Т» по формуле Т=(Т1+Т2+ТЗ)/3. Величины Т1, Т2 иТЗ получают из трех параллельных измерений контроль-опыт в короткий промежутоквремени или при измерении в последовательности контроль, и затем серия опытногообразца (до 10 повторностей).
В случае определениятоксичности пробы (Т равно или больше 20) можно определить насколько этосвязано со значениями рН исследуемой пробы. Для этого измеряют рН пробы и, есливеличина рН находится за пределами 6.5-8.0, приводят рН до значений 7.0-7.4 иповторяют измерение токсичности. В ряде случаев возможен вариант, когдаинтенсивность биолюминесценции в анализируемой пробе больше, чем в контроле. Втаком случае независимо от величины отрицательного значения «Т» делается выводоб отсутствии токсичности образца, и индекс токсичности принимает нулевое значение.
По величине индекса токсичностианализируемой пробы классифицируются на три группыГруппы Значение «Т» Вывод о степени токсичности пробы 1 меньше 20 допустимая степень токсичности 2 от 20 до 50 образец токсичен 3 равно или больше 50 образец сильно токсичен
Прибор серии «Биотокс»обеспечивает в автоматическом режиме вычисление усредненного значения индексатоксичности, погрешности измерения индекса токсичности и гамма-функцииисследуемой пробы (токсикологических характеристик — ЕС20 и ЕС50).
Анализатор газортутныйэкологический ЭГРА-01
Анализатор газортутныйэкологический ЭГРА-01 предназначен для измерения содержанияртути в атмосферном и почвенном воздухе.Назначение: Санитарно-гигиеническийконтроль воздушной среды производственных и коммунальных объектов, поискскрытых источников паров ртути, химико-аналитическое сопровождениедемеркуризационных работ.
Отличительныеособенности анализатора ртути ЭГРА-01: Автоматический выбор объема пробы иблокировка измерительного режима при обнаружении высоких уровней загрязнения.
/>
Достоинства:
· Высокаячувствительность; получение результатов анализов непосредственно на месте ихвыполнения
· Быстроеобнаружение зон и локализация точек, загрязненных ртутью
· Портативность;микропроцессорное управление
· Автоматическийвыбор объема пробы и блокировка измерительного режима при обнаружении высокихуровней загрязнения
Обеспечен утвержденнымиметодиками измерений (применимы все методики для АГП-01), обеспечиваетопределение содержания паров ртути на уровне ПДК атмосферного воздуха (0,0003мг/м3) и ниже.
Со специальнымпочвенным зондом анализатор позволяет производить измерение содержания паровртути в почвенном воздухе. Данный метод применяется при экологических исследованиях(картирование загрязненных ртутью участков почв и грунтов), геохимическихметодах поисков месторождений полезных ископаемых (ртути, золота,полиметаллических месторождений).
Основные техническиехарактеристики анализатора ЭГРА-01:
Диапазон измерения, мг/м3
режим ИЗМЕРЕНИЕ режим ПОИСК
0,00002 — 0,1
0,001 — 0,3 Относительная погрешность, не более % 25 Время проведения одного измерения, сек 6; 30; 60; 300 Габаритные размеры, мм 396*221*144 Масса анализатора с автономным источником питания, кг 4,6
Основной комплектпоставки
· Анализаторртути ЭГРА (базовый блок со встроенным аккумуляторным источником питания)
· Воздухозаборник
· Зарядноеустройство / внешний источник питания от сети 220 В 50 Гц
· КомплектЗИП
· Документация
· Упаковка
Прибор рекомендуетсядля центров госсанэпиднадзора (отделы промышленной гигиены, коммунальнойгигиены.
Ранцевая лабораторияизучения почвы «РПЛ-почва» базовый комплект
Ранцевая полеваялаборатория «РПЛ-почва» предназначена для определения параметров ихимического состава почвенных вытяжек, а также сигнального контролязагрязненности почв водо-растворимыми загрязнителями. непосредственно в полевыхусловиях.
Измерения выполняютсяколичественными и полуколичественными гидрохимическими методами. При сигнальномэкспресс-контроле с применением тест-систем используются индикационныевизуально-колориметрические методы. Ранцевая лаборатория может применятьсянеспециалистами, прошедшими краткий курс обучения. Лаборатория сформирована помодульному принципу. Каждый модуль позволяет проводить измерения по одномупоказателю, имея в составе все необходимое для работы, включая готовые кприменению растворы для химического анализа. Производительность по расходным материаламвсех модулей — на 100 анализов по каждому компоненту.
Стандартизованныеметоды анализа почв, на основе которых сформирована РПЛ-почва:
ГОСТ 26204-91. Почвы. Определение подвижности соединений фосфора и калия по методу Чирикова вмодификации ЦИНАО
ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотностиостатка водной вытяжки
ГОСТ 26424-85. Почвы. Метод определения карбоната и бикарбоната в водной вытяжке
ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке
ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке
ГОСТ 26428-85. Почвы. Методы определения кальция и магния в водной вытяжке
ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определениеее рН по методу ЦИНАО
ГОСТ 26484-85. Почвы. Метод определения обменной кислотности
ГОСТ 26487-85. Почвы. Определение обменного кальция и обменного (подвижного) магния методамиЦИНАО
ГОСТ 26488-85. Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО
ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО
Техническиехарактеристики:
Методы анализа:визуальный, органолептический, визуально-колориметрический, титриметрический,турбидиметрический. Методы приняты при оценке химических показателей почвы. Приэкспресс-контроле с применением тест-систем используются индикационныевизуально-колориметрические методы. Продолжительность экспресс-анализа – неболее 15 минут.
Срок хранения для сухихреактивов –не менее 3 лет.
Ресурс по расходнымматериалам — не менее 100 анализов по каждому показателю.
Лаборатория не требуетэлектро и водоснабжения.
Объем ранца – 70 л, количество мест (ячеек) – 10, в том числе в ячейках основной секции – 8. Конструктивноранец-укладка лаборатории выполнен с учетом особенностей полевых работ иэкспедиционных условий.
Конструкция ранца:
Полужесткий каркас,изменяемая внутренняя планировка. Откидывающаяся передняя панель образуетстолик, открывающий доступ к находящимся в ячейках модулям лаборатории, причемкаждый модуль может выниматься и использоваться самостоятельно; Конструкцияранца позволяет использовать типовое дополнительное снаряжение — наружныенавесные элементы для крупных и мелких предметов и снаряжения, крепящиеся кпоясу, лямкам, основному корпусу ранца Анатомичная конструкция спины и лямок,поясной ремень, грудная стяжка, водозащищенный чехол (защита от сильного дождяи снега, но не от погружения в воду). Также имеются отдельно защищенные отдождя и грязи отсеки для укладки письменных принадлежностей, руководства,методической документации, мелкого экспедиционного снаряжения; небольшие отсекидля личных вещей;
Содержимое лабораториизащищено от механических повреждений
Масса – не более 17 кг.
Размер:
Габаритные размеры ранцевойукладки – не более 480х260х900 мм.
Комплектация:
· Тест-комплекты(9 наименований), с готовыми к применению реактивами и растворами, компактнойпосудой и средствами дозировки реагентов, принадлежностями, стойкой-штативом,контрольными шкалами образцов окраски водозащищенными.
· Реактивыдля приготовления кислотной и солевой вытяжек.
· Комплекттест-систем (8 наименований).
· Весыаптечные с разновесами.
· Кондуктометри полевой колориметр (дополнительная оплата, в состав РПЛ-почва не входят).
· Иллюстрированноеметодическое руководство.
· Ранец-укладка.
Мониторинг экосистембазируется на определении устойчивости. Оценке устойчивости геосистем кантропогенным нагрузкам в последние годы уделяется большое внимание в связи срасширением геоэкологических исследований. Устойчивость – фундаментальноепонятие в теории геосистем широко используется для оценки предельно допустимогоуровня вмешательства человека в природную среду. Под устойчивостью экосистемыпонимается ее способность при воздействии внешнего фактора пребывать в одном изсвоих состояний и возвращаться в него в силу инертности и восстанавливаемости.
Интерес обусловленкачественно новым подходом к решению проблем охраны окружающей среды. Одним изтаких подходов является постановка техники на вооружении экологии.Использование научно-технического прогресса для сохранения и нормализацииэкосистемы Земли.
Списоклитературы:
1) ФЕДЕРАЛЬНЫЙЗАКОН «ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ» от 10.01.2002 N 7-ФЗ;
2) ФЕДЕРАЛЬНЫЙЗАКОН «ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЕ» от 23.11.1995 N174-ФЗ;
3) ФЕДЕРАЛЬНЫЙЗАКОН «О ТЕХНИЧЕСКОМ РЕГУЛИРОВАНИИ» от 27.12.2002 N 184-ФЗ;
4) Л.Ф.Сердюцкая, А.В. Яцишин «Техногенная экология. Математико-картографическоемоделирование», Книжный дом «ЛИБРОКОМ», Москва, 2008 год;
5) А.Ю.Опекунов «Экологическое нормирование и оценка воздействия на окружающую среду»,С.-Петергбурский университет, Санкт-Петербург, 2006 год;
6) ПланетаЗемля: Будущее, АМФОРА, Санкт-Петербург, 2008 год;
7) С.А.Барталев, М.А. Бурцев, Е.А. Лупян, А.А. Прошин, И.А. Уваров «РАЗРАБОТКАИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ И ДИНАМИКИ НАЗЕМНЫХЭКОСИСТЕМ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ», Институткосмических исследований РАН, tem.iki.rssi.ru/data/information_system.pdf
8) СайтМежрегиональной общественной организации содействия развитию рынка геоинформационныхтехнологий и услуг, www.gisa.ru/assoc.html
9) ПорталДепартамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы http://www.mosecom.ru/
10) Сайткомпании «АГТ Системс» www.agtsys.ru/item/57
11) Сайткомпании «НЕРА-С» www.biotox.ru/met_ground
12) Сайткомпании Компания ЕвроЛаб www.eurolab.ru/product/22041
13) Сайткомпании «ВНИР» www.vnir.ru/desc.php?bc_tovar_id=3032/>/>/>/>