Содержание к диссертации
Введение
1 Методологические основы оценки устойчивости, экологического благополучия и экологического рискаводных объектов 11
1.1 Оценка состояния экосистем 11
1.1.1 Вектор состояния системы 16
1.1.2 Примеры построения вектора водной экосистемы на основе аддитивных и неаддитивных параметров 17
1.2 Понятие оценки, виды оценок 19
1.2.1 Единичные, косвенные, комплексные, многокритериальные и интегральные оценки 24
1.3 Современное состояние проблемы оценки устойчивости и экологического благополучия водных объектов 30
1.3.1 Основные понятия, связанные с устойчивостью 32
1.3.2 Устойчивость по Лагранжу, Ляпунову, Холлингу, Одуму, Свирежеву и Логофету 37
1.3.3 Устойчивость по В.Ф.Шуйскому 39
1.3.4 Критерии оценки устойчивости
1.4 Понятие экологического благополучия 46
1.5 Понятие риска и его основные разновидности
1.5.1 Оценка риска 55
1.5.2 Экологический риск 62
2 Методические основы оценки устойчивости, экологического благополучия и экологического риска водных объектов 66
2.1 Оценка устойчивости водных объектов на основе балльно индексного подхода 66
2.1.1 Оценка уязвимости водоемов к внешним воздействиям Стр.
1.2 Оценка устойчивости водотоков к внешним воздействиям 78
Оценка устойчивости водоемов на основе метода сводных показателей 83
Оценка экологического благополучия водоемов на основе метода сводных показателей 84
Методы оценки экологического риска 86
4.1 Оценка экологического риска на основе санитарно-гигиенического подхода 86
4.2 Оценка экологического риска на основе применения предельно допустимых нормативов отведения отходов в природную среду 91
4.3 Оценка экологического риска на основе исследования эколого-экономической эффективности производства 92
4.4 Оценка экологического риска для редких событий 94
4.5 Оценка экологического риска, основанная на методе сводных показателей 96 Разработка интегральных индексов для оценки устойчивости, экологического благополучия водоема и экологического риска 99
Разработка методик оценки устойчивости, экологического благополучия водоема и экологического риска
1.1 Постановка задачи 99
1.2 Алгоритм построения интегральных показателей оцениваемого свойства 100
1.3 Выбор параметров для интегральной оценки экологического состояния водоема 109 Построение интегрального показателя устойчивости водоемов к изменению параметров естественного и антропогенного режимов 110
Построение интегрального показателя оценки экологического благополучия водоема 114
Построение интегрального показателя оценки фактора экологического риска 120
Апробация методик и результаты интегральной оценки устойчивости, экологического благополучия водоемов и экологического риска 123
Результаты оценки устойчивости водоемов к изменению параметров естественного и антропогенного режимов 123
1 Расчет сводных показателей устойчивости водоемов 123
2 Построение интегрального индекса для оценки устойчивости водоемов к изменению параметров качества воды с учетом нелинейности связи «доза-эффект» 132
3 Интегральная оценка устойчивости районов Ладожского озера к изменению параметров естественного и антропогенного режимов 140
Результаты расчета оценки экологического благополучия водоемов для конкретных экологических ситуаций
1 1 Совершенствование системы мониторинга для оценки экологического благополучия водоемов 153
2 Оценка экологического благополучия водоемов для конкретных экологических ситуаций 155 Результаты интегральной оценки экологического риска водоемов 159
Заключение 163
Список использованных источников
- Современное состояние проблемы оценки устойчивости и экологического благополучия водных объектов
- Оценка устойчивости водотоков к внешним воздействиям
- Оценка экологического риска на основе исследования эколого-экономической эффективности производства
- Построение интегрального показателя оценки экологического благополучия водоема
Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день в практике природопользования отсутствует единый, общепринятый метод интегральной оценки неаддитивных свойств экологических систем: устойчивости, экологического благополучия водоема и др. Это обуславливает необходимость поиска приемов и разработки методов интегральной оценки неаддитивных свойств сложных систем в природе и обществе.
Научный интерес к оценке устойчивости и изменчивости природных экосистем, экологического благополучия эко- и геосистем различных уровней иерархии, их чувствительности к внешним воздействиям сформировался в конце 1960-х - начале 1970-х годов. С одной стороны, это объяснялось успехами, достигнутыми к этому времени классической экологией и быстрым развитием математической экологии, с другой - необходимостью получения количественных оценок нагрузок на экосистемы, которые приводят к «экологической катастрофе», т. е. к разрушению экосистемы, поиском неаддитивных критериев для оценок свойств природных и антропогенно трансформированных сложных систем. С решением этой проблемы неразрывно связана и проблема экологического нормирования, основным содержанием которой является поиск «нормы состояния природной экосистемы», «нормы воздействия на нее» и ответной реакции экосистемы в целом на внешнее воздействие.
Таким образом, обобщение и анализ перечисленных признаков требуют учета перспектив использования водной экосистемы человеком (антропоцентристский подход). Возможны также био-, эко-, геоцентристский подходы в оценке состояния водного объекта. Полученный результат оценки в этом случае должен иметь не только региональную и временную привязку, но и зависеть от вида использования экосистемы. Таким образом, одна и та же экосистема, в зависимости от планирования ее использования человеком для своих нужд, может быть признана разной по качеству и названа благополучной в большей или меньшей степени.
Разработка критериев и способов оценки экологического благополучия экосистем требует проведения специальных научных исследований и совершенствования мониторинга водных объектов.
Наука о риске сформировалась в последней четверти XX в., и она, безусловно, будет востребована в решении экологических проблем современности. Важнейшая ее особенность — междисциплинарный характер с теснейшим взаимодействием естественных и гуманитарных наук. В индустриально развитых странах постоянно растет финансирование научных исследований в области анализа и оценки риска. За рубежом сформировался круг специалистов нового типа — экспертов риска, которые, по мнению социологов, будут составлять новую элитную прослойку постиндустриального общества. К сожалению, нельзя сказать, что в России рискология, дизастология и т.п. получили быстрое развитие. В бывшем Советском Союзе этих наук практически не существовало. Такие категории, как «допустимый» или «приемлемый» риск, или такие процессы, как регулирование риска, коммуникация риска не рассматривались.
В настоящее время теория риска интенсивно развивается, однако многие основополагающие положения этой науки остаются дискуссионными. Так, например, в настоящее вре-
мя в официальных документах, словарях и научной литературе разных стран наблюдаются противоречия, разногласия в интерпретации понятия "экологического риска", что затрудняет его использование в природоохранной деятельности.
Несмотря на многочисленность и многогранность понятий, терминов, связанных с экологическим риском, а так же на большой интерес к проблеме расчета экологического риска, в настоящее время отсутствуют: возможности детализации экологического риска по отношению к поверхностным водам и методы количественной оценки экологического риска с био-, эко-, геоцентристской позиций.
В связи с этим сохраняется потребность в развитии понятийного аппарата и терминологии по проблемам оценки устойчивости, благополучия и экологического риска водных объектов. Практически еще не определены подходы к интегральной оценке риска изменения неаддитивных свойств водных и наземных экосистем. Особенно важна разработка методов количественной оценки экологического риска снижения качества поверхностных вод и использование этих методов для управления качеством воды в поверхностных водных объектах. В связи со сказанным актуальность темы обусловлена также неразработанностью подходов к мониторингу и интегральной количественной оценке неаддитивных свойств разномасштабных наземных и водных геосистем и необходимости районирования и зонирования территорий и акваторий по степени уязвимости к внешнему воздействию и степени экологического неблагополучия.
Целью диссертационной работы является разработка методов интегральной оценки экологической ситуации водных объектов на основе неаддитивных свойств водной экосистемы: устойчивости к воздействию, экологического благополучия, оценки факторов экологического риска и их апробация по мониторинговым данным на водных объектах Северо-Запада России.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Обобщить существующие подходы к оценке устойчивости, экологического благополучия и экологического риска водных объектов.
Дать обоснование использованию моделей и методов количественной интегральной оценки устойчивости, экологического благополучия и факторов экологического риска водных объектов. На этой основе построить обучающие модели-классификации для расчета обобщенных индексов, позволяющих на интегральной основе классифицировать водные объекты по классам устойчивости, экологического благополучия и факторам экологического риска.
Выполнить алгоритмическую реализацию построения интегрального показателя устойчивости водоемов к изменению параметров качества воды, экологического благополучия и факторов экологического риска в условиях дефицита информации о критериях и приоритетах оценивания и в условиях достаточной информационной обеспеченности, в том числе с учетом нелинейности зависимости «источник-результат воздействия» (аналог «доза-эффект» для экологии).
Создать информационную базу натурных данных и провести апробацию разработанных методов и моделей для водных объектов Севера-Запада России.
В ходе работы над диссертацией были сформулированы и обоснованы основные положения, которые выносятся на защиту в виде:
Методики интегральной оценки устойчивости водоемов к изменению параметров естественного и антропогенного режимов;
Методики интегральной оценки экологического благополучия водоема;
Методики интегральной оценки фактора экологического риска;
Анализа пространственно-временных изменений интегральных показателей устойчивости, экологического благополучия и факторов экологического риска для водных объектов Северо-Запада России.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
Разработаны новые методики количественной интегральной оценки устойчивости водоемов к изменению параметров естественного и антропогенного режимов, интегральной оценки экологического благополучия и экологического риска.
Впервые для оценки устойчивости водоемов к изменению параметров качества воды предложен учет нелинейности зависимости «доза-эффект» для оценки неаддитивных свойств водной экосистемы при построении интегральных показателей.
Впервые на основе разработанных подходов выполнена интегральная оценка устойчивости районов Ладожского озера к изменению параметров естественного и антропогенного режимов.
Впервые на основе разработанных моделей-класификаций выполнена оценка экологического благополучия водоемов для конкретных экологических ситуаций.
Практическая значимость. В работе разработаны и реализованы подходы, которые соответствуют современным запросам и требованиям к совершенствованию экологического мониторинга водных объектов и дают возможность работать с неполной, неточной и нечисловой информацией о критериях и приоритетах оценивания для характеристики экологической ситуации водного объекта.
Выполнена количественная интегральная оценка устойчивости к изменению параметров естественного и антропогенного режимов и оценка фактора экологического риска на основе разработанных методов для водоемов Северо-Запада России.
Апробация работы. Материалы, положенные в основу диссертации, докладывались на: 3-ем международном симпозиуме «Качество и управление водными ресурсами (Санкт-Петербург, 2005); конференции «Водные ресурсы Европейского Севера России: итоги и перспективы исследований» (Петрозаводск, 2006); международной конференции «Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон» (Санкт-Петербург, 2006); молодежной конференции «Современные экологические проблемы и их решение: взгляд молодежи» (Санкт-Петербург, 2008); итоговых сессиях УС РГГМУ (2004, 2006, 2007), СПбГУ (2004, 2006, 2007).
Результаты диссертационного исследования внедрены в Лаборатории моделирования и диагностики геосистем факультета географии и геоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета при написании годового отчета по теме «Разработка и апроба-
ция моделей многокритериальной параметризации устойчивости и экологического благополучия разномасштабных наземных и водных геосистем» в 2008г.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 6 статьях и 7 публикациях тезисов докладов конференций.
Структура и объемы работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 188 страницах, включает 27 рисунков и 59 таблиц и библиографию из 62 наименований. В заключении излагаются основные итоги работы, обобщаются полученные научные и практические результаты.
Современное состояние проблемы оценки устойчивости и экологического благополучия водных объектов
А.Г.Исаченко [3] под экологическим состоянием природной среды подразумевает состояние естественных «механизмов» жизнеобеспечения человека как живого существа всеми необходимыми первичными (не связанными с производством) средствами существования: воздухом, теплом, водой, источниками пищи, а также природными условиями трудовой деятельности, отдыха и культурного развития. Оценить экологическое состояние природной среды по А.Г.Исаченко, - значит оценить ее качество с гуманитарно-экологических позиция. Автор вводит понятие экологического потенциала, под которым понимаются условия обитания человека, в отличие от природно-ресурсного потенциала, при котором оценивается ресурсно-производственная сфера его деятельности. Задачу эксперта-исследователя А.Г.Исаченко видит в создании оценочной экологической классификации геосистем. Эта классификация должна учитывать иерархию геосистем и, таким образом, их разномасштабность и временной уровень организации. Автором намечен подход к выбору критериев оценки экологического состояния геосистем в зависимости от уровня их иерархии. «Однако интегральную количественную меру всех возможных сочетаний экологических параметров по конкретным геосистемам практически найти невозможно», - утверждает автор: «... Поэтому интегральная экологическая оценка геосистем может быть только качественной».
Ю.П.Селиверстов [7] ввел в географо-экологическую литературу понятие эколого-географической оценки. Под такой оценкой понимается параметрическое определение состояния природной среды, обеспечивающее существование конкретных сообществ живых организмов, характерных для этих состояний и обусловленных природными условиями, в той или иной степени изменяющимися под воздействием антропогенных факторов. Такая оценка, по мнению автора, носит фоновый характер и может отвечать на вопросы о степени соответствия существующей биоты и наблюдающейся природной среды. Автор вводит термин геоэкосистема для усиления внимания к живой составляющей геосистем и констатирует, что оценке подлежат только абиотические и биотические процессы и явления. Отмечается также, что в оценочных исследованиях существенно использование данных об устойчивости ландшафтов, их емкости, сопротивляемости к внешним воздействиям и т.п. Автор подчеркивает, что оценка не обязательно должна носить количественный характер, может выполняться балльная или стоимостная оценка.
Авторы сборника «Оценка состояния и устойчивости экосистем» [8] не используют термина «оценка» в различном сочетании с прилагательными «экологическая», «географическая» и т.п. Ими используются термины «экологическая ценность», «оценка техногенных воздействий», «экологическое нормирование», «оценка значимости природного объекта», при этом смысловое содержание этих терминов не обсуждается. В других публикациях экологическая ценность характеризуется как отражение потенциальной полезности объекта [9]; оценка значимости природного объекта определяется качеством объекта по отношению к себе [10] и за ее основу принимается безусловное право всех живых организмов на существование или необходимость сохранения некоторого биогеоценоза в целом. Абсолютизация последнего положения авторами упомянутого выше сборника привела к отказу от формулировки и использования понятия «оценка» (несмотря на то, что оно вошло в название сборника), потому что определение качества объекта по отношению к себе абсурдно с точки зрения получения оценки. Ценность среды заменяется оценкой состояния среды - менее антропоцентричным термином, использование которого лишь усиливает биоцентрическую ориентацию исследователей. Проблемы оценки состояния в этом случае находят выражение в анализе параметров состояния, определении интервалов их естественного колебания, выявлении пороговых и критических величин параметров состояния. Этот этап назван авторами «экологической регламентацией».
Понятия «экологическая оценка», «эколого-географическая оценка», «географо-экологическая оценка» неоднократно обсуждались многими специалистами. В зависимости от целей, задач, масштаба, специфики исследования в понятие экологическая оценка состояния природной системы вкладывался разный смысл, например [4]: определение степени пригодности природных комплексов и их компонентов для жизни организмов; параметрическое определение состояний природной среды, обеспечивающих существование сообществ живых организмов, характерных для этих состояний в условиях естественного или антропогенного режимов их развития; получение на многокритериальной основе «портрета экосистемы» и соотнесение его с «портретом нормы» экосистемы; эколого-географическое нормирование состояния природной системы и внешнего воздействия на нее; субъект-объектная многокритериальная оценка состояния природного объекта с позиций устойчивого функционирования биоценозов, сохранения в них естественного хода сукцессионных процессов или с позиций степени пригодности (потенциальной полезности) его для человека (общества); оценка химического, биологического состава и физических свойств природного объекта, обусловливающих устойчивое функционирование в нем конкретных сообществ живых организмов, сохранение определенного типа экологической сукцессии, или оценка его пригодности для различных видов использования человеком; исследование параметров структуры и функционирования экосистем природного объекта в естественных и измененных условиях с целью их рационального использования, оптимальной эксплуатации для удовлетворения потребностей людей и жизни организмов.
Каждое из этих и других определений подчеркивает какую-либо, важную, с точки зрения субъекта (географа, биолога, эколога, математика), составляющую процесса получения «портрета природной системы». Это само по себе достаточно важно, поскольку разные специалисты вносят свой субъективизм в получение оценки.
Оценка устойчивости водотоков к внешним воздействиям
В настоящем разделе работы речь пойдет о возможности оценки уязвимости водоема по физико-географическим, климатическим условиям и параметрам его гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов к внешним воздействиям на основе балльно-индексного метода.
Важно уяснить, что уязвимая водная экосистема при антропогенном или техногенном воздействии на нее может достаточно быстро деградировать и потерять присущие ей уникальные природные свойства. Слабо уязвимая экосистема может достаточно долго противостоять внешнему воздействию, проявляющемуся в изменении параметров режимов водного объекта и тем самым быть устойчивой к внешним воздействиям и нагрузкам. При этом высокая устойчивость экосистемы не должна ассоциироваться у исследователя с ее экологическим благополучием, хотя уязвимость (устойчивость) водной экосистемы может учитываться (как параметр) при оценке степени ее благополучия. Как мы увидим, повышенной уязвимостью к эвтрофированию обладают небольшие по величине и (или) низкопродуктивные экосистемы водоемов; повышенной уязвимостью к загрязнению обладают небольшие по величине и (или) сравнительно чистые экосистемы. И наоборот, повышенной устойчивостью к эвтрофированию обладают крупные и (или) высокопродуктивные экосистемы водоемов, находящиеся в оптимальных условиях формирования водности; повышенной устойчивостью к загрязнению обладают крупные и (или) высокозагрязненные экосистемы или экосистемы, находящиеся в оптимальных условиях формирования качества воды. Таким образом, слабо уязвимыми к изменению какого-либо свойства могут оказаться экосистемы уже в значительной степени обладающие (наделенные) этим свойством. Именно поэтому устойчивыми к загрязнению могут оказаться грязные экосистемы, а устойчивыми к эвтрофированию - эвтрофные и гиперэвтрофные экосистемы, это и не позволяет назвать их экологически благополучными.
Оценка уязвимости или устойчивости к изменению свойств экосистемы в данном подходе не сводится только к учету одного какого-либо свойства. Она получается как результат учета многих свойств, характеризующихся большим набором параметров оценивания, среди которых физико-географические и климатические условия и характер антропогенного воздействия являются определяющими. Исследование этих свойств и их изменчивости расширяет кругозор исследователя, обусловливает необходимость формирования у него эколого-географического мышления в отношении неаддитивных параметров водных экосистем.
Необходимо также заметить, что уязвимость (устойчивость) водных экосистем циклического (озера, слабопроточные водоемы, пруды) и транзитного (реки, сильно проточные водоемы) типов обусловлена разными природными механизмами. Устойчивость первого типа можно назвать «адаптационной», устойчивость второго типа «регенерационной». Если в первом случае важнейшим свойством природной системы является ее способность сохранять исходное состояние или плавно переходить в другое состояние, сохраняя при этом внутренние связи {инертность, пластичность), то во втором случае на первое место выходит способность системы многократно восстанавливать свои свойства, возвращаться в исходное состояние после временного внешнего воздействия {восстанавливаемость). К этому можно добавить, что биотические и абиотические составляющие экосистемы по механизмам устойчивости также различаются между собой. Устойчивость первых достигается физико-механическими и химическими процессами переноса, разбавления, сорбции, миграции вещества; устойчивость вторых обусловлена способностью адаптации организмов к воздействию, как в результате внутренней резистентности биохимической организации, так и за счет способности к биохимическому разложению токсичных соединений и изменению удельных скоростей обменных процессов в экосистеме под влиянием воздействия.
Параметры уязвимости и устойчивости водных экосистем объединены нами в экспертную балльно-индексную систему, которая учитывает региональные особенности водных объектов и дает возможность в пределах изменения заложенных в них параметров, провести сравнительную оценку уязвимости водных экосистем к воздействию. Если свойства водного объекта различаются по пространству и это дает основание говорить о физико-географическом, гидрологическом, гидрохимическом и гидробиологическом районировании в пределах определенной территории (акватории), то можно провести зонирование водосборной территории или акватории водоема по баллам уязвимости (устойчивости) и выделить наиболее уязвимые и устойчивые его районы.
Оценка уязвимости водоемов к антропогенному эвтрофированию и к загрязнению проводится путем последовательного суммирования индексов для соответствующих признаков оценивания, разрядов и баллов по таблицам; получения суммарной балльной оценки и нахождению в итоге класса и подкласса уязвимости водоема (таблицы 2.2 - 2.8). Таким образом, сначала необходимо последовательно просуммировать индексы (таблицы 2.2 - 2.4), затем разряды, в соответствии с примечаниями к каждой таблице. После этого по сумме разрядов (таблица 2.5) найти баллы уязвимости (семейство уязвимости), прибавить к ней баллы трофности или баллы качества вод (род уязвимости) и по полученной сумме баллов найти класс и подкласс уязвимости водоема (комбинация семейств и родов). Уязвимость по антропогенному эвтрофированию и по качеству воды (загрязнению) необходимо оценивать раздельно, не смешивая эти понятия. Рассмотрим подробно этапы оценивания. Сначала находим значения индексов (1; 2; 3 или 4) по каждому из трех признаков по таблице 2.2, суммируем все три найденных значения индекса и по примечанию к таблице находим разряд водоема по физико-географическим и морфометрическим признакам.
Оценка экологического риска на основе исследования эколого-экономической эффективности производства
Реальные условия питания часто отличаются оптимальных, поэтому необходимо учитывать снижение скорости фильтрации воды зоопланктоном, связанное с голоданием (мало корма) или засорением фильтрационного аппарата (много корма). В связи с этим расчет скорости фильтрации как температуры воды и концентрации пищи проводятся в несколько этапов.
На первом этапе рассчитывается " по формуле 3.5. На втором этапе рассчитывается суммарная пища зоопланктона (S) по формуле 3.6: S=CFF+CBB+CDD (3.6) где ср, св cD - коэффициенты трофического взаимодействия зоопланктона с компонентами пищи; F, В, D - биомассы фито-, бактериопланктона и концентрации детрита в воде. На третьем этапе рассчитывается как функция температуры воды и суммарной пищи по одному из уравнений: При S SC fz= fzonV(l+a(S-Sc); При StS Sc fz= fzonT; При S0 S St fz= fzonTb(S-S0); При S S0 fz= 0. или по более сложной схеме для обеспечения гладкости функции: При S SC+A fz= fzon7(l+a(S-Sc); При Sc-A S SC+A fz= fzonT+(afzon74A(l+aA)) ( S-Sc+A)2 (a(S-Sc) (l+2aA)); npHSt S sc-A fz=fzonT; При S0 S St &= fzonT(S-S0)/(St-S0) (2-(S-S0)/(SrS0); При S S0 fz=0. Здесь a=l/Sc, A=(Sc-St)/100 - расчетные параметры; S0, St, Sc -критические (пороговые) концентрации пищи.
Затем рассчитывается произведение fz на биомассу зоопланктона Z. Это произведение называется фильтрационной активностью {ФА) зоопланктона. Время осветления (очищения) воды зоопланктоном (7) есть величина обратная ФА. В зависимости от трофности водоема и времени года время осветления воды может изменяться, принимая разные значения.
В основу классификации оценки экологического благополучия положены два признака: скорость фильтрации воды зоопланктоном и биомасса зоопланктона. Это связанно с тем, что значения фильтрационной активности с увеличением трофности водоема повышается, однако в гиперэвтрофном водоеме с уменьшением скорости фильтрации воды зоопланктоном, но большим увеличением биомассы зоопланктона скорость фильтрации понижается, в следствии с этим возникают определенные трудности в построении оценочной шкалы, которая ляжет в основу классификации экологического благополучия. 5. Трофический статус водоема оценивается помощью прозрачности и концентрации хлорофилла «а». 6. Так же в основу классификации положен индекс сапробности Пантле и Бука в модификации Сладечека, т.к. сапробность- характеристика водоема, показывающая уровень его загрязненности органическими веществами и продуктами их распада. Она является функцией как потребностей организма в органическом питании, так и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H2S, СО2, NH3, Ґ, органических кислот. Как правило, высокие концентрации органических веществ в водоемах вызываются сбросом в них сточных вод бытового и сельскохозяйственного происхождения.
Классификация экологического благополучия водной экосистемы Признаки Степень благополучия, классы благополучия Следуя алгоритму построения интегрального показателя, далее проводим процедуру нормирования. Наиболее высокое экологическое благополучие после проведения процедуры нормирования соответствует значению отдельного показателя равному 1. Предельно низкое благополучие соответствует значению отдельного показателя равному 0.
В таблице 3.8 представлены нормированные значения критериев оценивания экологического благополучия и результат построения интегрального показателя экологического благополучия. Классификация построена в предположении равенства приоритетов оценивания.
Анализ полученной шкалы Q свидетельствует о следующем. В среднем, на каждый класс приходится 20 % оценочной шкалы устойчивости. При этом на экосистему, обладающей высокой степень благополучия, относящаяся к 1-у классу, приходится 11.1 %, на П-й класс - 19.1 %, на Ш-й класс -20.3 %, на IV-й класс- 30.9 % и на V-й класс экосистем с низкой степенью экологического благополучия - 18.6%. В целом, такой результат выделения границ между классами можно признать удачным, поскольку интервалы значений устойчивости II, III и V классов близки между собой, а интервалы I и IV классов отличаются незначительно.
В основу построения интегрального показателя для оценки фактора экологического риска положена авторская классификация, представленная в разделе 2.
В качестве оптимальных параметров качества воды, с помощью которых проводится оценка фактора экологического риска, были отобраны следующие признаки: биохимическое потребление кислорода (БПК5), бихроматная окисляемость (БО), азот аммонийный (N-NH4), нитраты в пересчете на азот (N-N03), фосфаты в пересчете на фосфор (Р-РО4), железо общее (Fe общ.) и нефтепродукты. Данные критерии входят в основной перечень критериев оценки загрязненности поверхностных вод суши, по котором ежегодно согласно стандартным программам на сети стационарных пунктов наблюдений проводятся гидрохимические наблюдения. Необходимо отметить, что в разработанной классификации правая граница III класса совпадает со значением ПДК.
Если водоем имеет средний или низкий фактор экологического риска, то можно определить, насколько велика антропогенная нагрузка на водоем, используя «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» (утв. Минприроды РФ 30 ноября 1992 г.). Выявление зон экологического бедствия и зон чрезвычайных экологических ситуаций на основании предложенных критериев проводится с целью определения источников и факторов ухудшения экологической обстановки и разработки обоснованной программы неотложных мер по стабилизации и снижению степени экологического неблагополучия на обследуемой территории.
Построение интегрального показателя оценки экологического благополучия водоема
Анализ полученных результатов, а так же графическое отображение этих данных (рисунок 4.19) показал, что самым уязвимым к изменению параметров естественного и антропогенного режимов из рассмотренных районов оказался северный прибрежный район Ладожского озера.
Самым устойчивым является южный прибрежный район озера. Данный район достаточно хорошо освоен человеком, сказывается близость населенных пунктов, сельского хозяйства.
В целом, в соответствии с разработанными классификациями Ладожское озеро оценивается, как «средне устойчивое» (III класс) к изменению параметров режимов.
Как известно, поля концентраций загрязняющих веществ, различные гидрохимические и гидробиологические характеристики водных объектов являются не постоянными, не установившимися, то есть их значения непрерывно изменяются в пространстве и времени. Для того чтобы получить предоставление о качестве природной воды, необходимо эти характеристики измерить, соответствующим образом математически обработать и оценить.
Задачу сбора информации призвана решить сеть гидрометрических, гидрохимических, гидробиологических и санитарно-эпидемиологических постов, станций, лабораторий, которые по имеющимся данным производят примерно 200 млн. определений показателей качества воды в год. Частота отбора проб воды изменяется от 4 - 6 проб в сутки до 1 - 4 проб в год. Количество определений для каждой пробы колеблется от 5 до 30. Но из-за нехватки финансовых средств порой закрываются посты или не производятся стандартные отборы проб, следовательно, необходимо решение проблемы создания системы непрерывных мониторинговых наблюдений в регионах России.
В Положении о государственном мониторинге водных объектов, утвержденном постановлением Правительства РФ от 14.03.97 г. № 307, указано, что целью мониторинга является своевременное выявление и прогнозирование негативных процессов, разработка и реализация мер по предотвращению вредных воздействий на состояние водных объектов. Роль мониторинга в управлении экологической ситуацией закреплена в Водном кодексе РФ (статья 78). К сожалению, в настоящее время мониторинг не ориентирован на решение вопросов прикладного характера. Мониторинг тем и отличается от режимных наблюдений, что должен быть составной частью, инструментом системы управления экологической ситуацией.
В зависимости от поставленных целей должна формироваться структура мониторинга, создаваться своя методическая база. Поскольку в настоящее время каждый регион использует свои подходы в реализации мониторинга судить об их объективности трудно.
Согласно Положению о введении государственного мониторинга водных объектов, рекомендуется создание типовых для природоохранных целей схем региональных систем водного мониторинга. Но до настоящего времени для таких наблюдений не утверждены критерии отбора информации и методы ее обработки.
Первоочередной задачей мониторинга является внедрение экосистемного подхода на базе уже существующей сети. Это значит, что оценка водных объектов должна основываться на комплексных критериях, включающие как качество и количество водных ресурсов, так и жизнедеятельность флоры и фауны.
Важнейшие задачи реформирования традиционной системы мониторинга сводятся к ее экологизации, дифференциации и оптимизации. В связи с этим возникают объективные трудности с составлением базы данных для оценки степени экологического благополучия водоемов. В работе приводятся результаты оценки экологического благополучия для гипотетических экологических ситуаций (ГЭС), разработанных автором диссертации. Всего сформировано 5 сценариев ГЭС (таблица 4.20).
Расчет сводных показателей экологического благополучия водоемов проводится согласно разработанной нами методике интегральной оценки экологического благополучия водоемов.
В таблице 4.20 представлены исходные данные по ГЭС для оценки экологического благополучия водоемов. Таблица 4.20-Исходные данные для оценки экологического благополучия водоемов
Из таблицы 4.22 следует, что по величине сводного показателя экологического благополучия водоемы обладают различной степенью благополучия: "ГЭС-1" относится к IV классу благополучия, ТЭС-2м-ко II классу, "ГЭС-3" - к I классу, "ГЭС-4" - к V классу, а "ГЭС-5" -к III классу экологического благополучия. Следовательно, самым благополучным оказался водоем с "ГЭС-3", а самым неблагополучным водный объект - с "ГЭС-4". Диапазон изменений показателя Q лежит в пределах от 0.124 до 0.964, охватывая все 5 классов благополучия.
