Теоретические и методические основы экологического мониторинга

В последние годы произошел значительный сдвиг в научно- методическом обосновании и реализации программ экологического мониторинга. Под мониторингом окружающей среды подразумевают регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного, позволяющие оценить состояние и происходящие изменения под влиянием антропогенной деятельности. Мониторинг по своей сути является системой, включающей наблюдения, оценку наблюдения,прогноз, оценку прогноза, позволяющей правильно управлять качеством природной среды.

Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг объектов окружающей среды для обеспечения оценки среды обитания человека, биологических сообществ и экологических систем с целью принятия управленческих решений, когда показатели состояния одного или нескольких объектов не достигаются.

Мониторинговая система должна быть проблемно- ориентированной. С. Янг (1972) выделяет следующие этапы проблем:

1) определение цели;

2) выявление проблемы;

3) диагноз;

4) поиск решения;

5) оценка и выбор альтернативы;

6) согласование решения;

7) утверждение решения;

8) подготовка к вводу в действие;

9) управление принимаемыми решениями;

10) проверка эффективности.

При выборе приоритетных направлений ЭМ следует ис- ходить из анализа проблем и конфликтных ситуаций, их масштабов, экологической и социально-хозяйственной значимости.

Системные свойства экологического мониторинга раскрываются в трех аспектах.

Первый связан с системными принципами построения модели мониторинга.

Второй отражает системность «познавательной» деятельности или ведения наблюдений.

Третий раскрывает системность представления преобразованной информации в аналоговом виде в моделях предметной области.

В общем смысле, системы ЭМ (международные, национальные, региональные, локальные) являются информационными системами (Берталанфи, 1963; Месарович, Такахара, 1974; Садовский, 1974; Уемов, 1981; Урманцев, 1988 и др.) и решают три типа задач:

1) сбор первичной информации, ее накопление и формирование банка данных;

2) обработка и представление данных в виде различных таблиц, графиков, карт и др.;

3) оперативное обеспечение информацией, необходимой и достаточной для принятия решения и управления ситуацией.

В системе ЭМ, в зависимости от целей и задач, точности измерения, свойств объектов и применяемых приборов и оборудования, используются различные шкалы:

1) порядковые или ранговые;

2) балльные;

3) интервальные;

4) шкалы отношений;

5) шкалы разностей;

6) абсолютные.

Важное значение придается оцифровке порядковых шкал и преобразованию их в цифровые. Для балльных шкал рассчитываются удельные и весовые значения признака.

Основные методологические положения ЭМ:

· стратегическое назначение мониторинга – информационное обеспечение устойчивого развития территории (страны, региона и т.п.);

· мониторинг строится как геоинформационная (пространст- венная) система;

· эмерджентное свойства мониторинга заключаются в том, что он представляет собой автоматизированную систему, которая осуществляет на основе хранящегося в ней массива фактических данных алгоритмическое решение различного рода экологических задач по синтезу новых сведений, не содержащихся в этом массиве в явной форме;

· экологический мониторинг должен рассматриваться как систематический процесс, следующий определенным правилам;

· организация мониторинга и экологическая оценка должны проводится до принятия основных решений по реализации намечаемой деятельности, а их результаты используются при выработке и принятии решений;

· система мониторинга должна быть унифицированной, но в то же время отражать местные условия и конкретные ситуаций;

· мониторинг строится как иерархическая система; при переходе на более высокий уровень происходит генерализация объектов наблюдения и контролируемых параметров, их пространственных и смысловых характеристик;

· мониторинговая генерализация заключается в отборе и обобщении информации соответственно назначению и масштабу наблюдения; в процессе генерализации проявляются свойства эмерджентности систем и синергетические информационные эффекты;

· мониторинг, объект его изучения и их информационные модели должны соответствовать друг другу;

· система экологического мониторинга должна быть направлена на совместное рассмотрение и учет воздействий намечаемой деятельности и связанных с ними изменений во всех природных и социально-хозяйственных элементах окружающей среды;

· система наблюдений должна быть построена с учетом причинно-следственных связей, что заключается в первоочередном контроле причин – источников воздействия, а затем следствий – состояния окружающей среды;

· выбор объектов и режимов наблюдения должен быть приоритетным, направленным, в первую очередь, на сбор информации о наиболее значимых воздействиях и их последствиях;

· наблюдения и оценка в системе экологического мониторинга не сводятся к научно-техническому исследованию, а являются инструментом принятия взаимоприемлемых решений;

· результаты наблюдений должны оцениваться не только по величине воздействия на окружающую среду и степени ее нарушенности, но и по экологической значимости последствий для природы и социально-хозяйственного комплекса;

· экологический мониторинг не ограничивается этапом планирования, он охватывает все этапы осуществляемой хозяйственной деятельности;

· наблюдения и оценки также должны опираться не только на стандартные нормативы, но и учитывать региональные уровни допустимого экологического риска.

Основные принципы организации мониторинга: комплексность, систематичность, унифицированность.

В целом процесс ЭМ включает следующие основные составляющие:

· обоснование объектов мониторинга и контролируемых параметров, формирование сети пунктов наблюдений;

· сбор, обработка и накопление информации;

· обработка информации в направлении анализа и оценки экологической ситуации, прогноза потенциальных воздействий намечаемой деятельности;

· использование полученной информации и результатов ее обработки в процессе принятия решений, относящихся к обоснованию намечаемой деятельности и ее выполнению;

· взаимодействие с другими системами мониторинга и источниками информации.

Обязательные процедуры ЭМ:

· выделение объекта наблюдений;

· обследование объекта;

· составление информационной модели для объекта наблюдений;

· планирование измерений;

· оценка состояния объекта и идентификации его информационной модели;

· прогнозирование состояния изменения объекта наблюдений;

· представление информации в удобной для использования форме.

Функциональную структуру системы ЭМ можно представить в виде комплекса четырех основных блоков:

· базы данных;

· аналитический блок;

· информационный блок;

· блок управления экологической ситуацией.

Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы ЭМ является его разделение на подсистемы:

· наблюдения;

· оценка фактического состояния;

· прогноз состояния;

· оценка прогнозируемого состояния.

Контроль загрязнения на территориальном, региональном и фоновом уровне обязательно должен включать:

· геофизический;

· геохимический;

· биологический мониторинг (Израэль, 1984).

При этом геофизический и геохимический мониторинг, по сути, являются мониторингом источников загрязнения и факторов воздействия. Биологический мониторинг направлен на выявление и анализ реакции (отклика) биологических систем, биоты на антропогенное воздействие, на оценку их состояния.

В целом биологические показатели можно разделить на две категории:

1) показатели функциональные, которые выражаются производными некоторых функций по времени (например, показатели продуктивности, дыхание, скорость обмена веществ, скорость фотосинтеза);

2)показатели структурные, которые могут быть выражены интегралом во времени как некий итог действий (например, показатель, характеризующий численность видов и особей, количество биомассы, изменение размера и массы особей, содержание веществ в экосистеме).

ЭМ является многоцелевой проблемно-ориентированной информационной системой.

Его основные задачи:

· наблюдение за состоянием окружающей среды,

· оценка и прогноз ее соcтояния,

· определение степени антропогенного воздействия на окружающую среду,

· выявление и контроль факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия на ОС.