Управление окружающей средой 1Понятие о системах управления окружающей средой. Дсту iso 1400197
 Скачать 1.07 Mb.
|
Лекция 4КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Недостатком рассмотренных выше частных показателей качества состояния окружающей среды (ПДК,ПДВ) является их односторонний характер. Так, например, учитывая выбросы в атмосферу как фактор ее загрязнения, не учитывают загрязнения воды и почвы, вызванного выпадением вредных веществ из атмосферы вместе с осадками. Таким образом, общее вредное воздействие выбросов в атмосферу на окружающей среду в целом недоучитывается. Дальнейшее развитие и совершенствование системы методов оценки состояния окружающей природной среды связано с построением обобщенных характеристик, в частности качества каждого из компонентов окружающей среды, а в дальнейшем и всей окружающей среды в комплексе. Необходима разработка показателей, отражающих взаимозависимость количества и качества каждого компонента окружающей среды от количества и качества всех других компонентов, а также показателей, отражающих соотношение фактической антропогенной нагрузки на социоэкосистему или ее компонент и предельно допустимой нагрузки. Комплексные экологические оценки очень важны при сопоставлении друг с другом состояний окружающей среды различных регионов. Детальная характеристика каждого регионального подразделения окружающей среды на основе изучения полного спектра веществ-загрязнителей в каждом компоненте среды обитания (воздухе, воде, почве) не только весьма желательна, но и необходима. В то же время при изучении обширных регионов необходимо опираться на небольшое количество показателей, которые имеют универсальное значение и глобальное распространение, являясь помимо этого своеобразным индикатором степени загрязнения и деградации окружающей среды. Однако при наличии десятков или даже сотен показателей, характеризующих различные факторы окружающей среды, построение комплексной оценки представляет сложную задачу. Попытки построения обобщенных характеристик качества окр. среды делаются как в нашей стране, так и за рубежом. Однако не существует единой точки зрения не только о принципах построения таких характеристик, но и об их практической полезности. Рассмотрим вначале комплексные показатели качества отдельных компонентов окружающей среды. 1Показатели загрязнения атмосферного воздуха1.1 Для сравнения вредного действия различных источников загрязнения атм. воздуха у нас в стране (1985) разработан показатель объемного загрязнения атмосферы Q , который измеряется объемом воздуха в км3, необходимым для разбавления суточных выбросов (Мк), при условии их равномерного рассеивания, до уровня ПДК каждого ингредиента выбросов (к - ингредиент). Q рассчитывают по формуле: Q = Мк/ПДКк (к = 1.... n). В зависимости от величины показателя объемного загрязнения различают ареалы с различной степенью загрязнения атмосферы: очень слабой - 0,05...0,20; слабой - 0,20 ... 0,50; умеренной - 0,50 ... 1,00; сильной - 1,00 ... 2,50; очень сильной - 2,50 ... 5,00; чрезвычайно сильной - 5,00. 1.2 В нормативном документе РД52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» (М.:Гидрометеоиздат, 1991) предложен следующий показатель оценки состояния атмосферы. Вначале вычисляется индекс загрязнения атмосферы отдельной примесью (который служит для характеристики вклада отдельных примесей в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период на данной территории и для сравнения степени загрязнения атмосферы различными веществами): Ii = (Q/ПДКс.с.)сii, где Q - среднегодовая концентрация примеси; сi – константа, принимающая значения 1,7, 1,3, 1,0, 0,9 для соответственно 1, 2, 3, 4 классов опасности веществ, позволяющая привести степень опасности вещества к степени вредности диоксида серы;i - примесь. Затем вычисляют комплексный индекс загрязнения атмосферы города: n In = Ii , i=1 где n – количество примесей. 1.3 Предложен также гигиенический показатель качества атмосферного воздуха : LM = ((ISO2)2 + (INO2)2 + (ICO)2 + …+ (In)2)/n + n + ( int (Ni/10)) / 10 , i=1 где Ii - то же, что в предыдущей формуле (индексы загрязнений для отдельных примесей); Ni - число дней со значениями концентраций i–го вещества, превышающими ПДК; int - целая часть от (Ni/10); n – число ингредиентов. Если I меньше 1, то принимается равным 1. На основании LM рассчитывают показатель гигиенической опасности : HV = lg LM2 lg P, где P – население, тыс. чел. Затем по величине HV оценивают состояние атмосферного воздуха по степени опасности для здоровья населения: 0-0,35 – безопасное; 0,36-1,00 – небольшая опасность имеется; 1,00-3,00 – средняя опасность для здоровья; 3,01-5,00 – большая опасность; более 5 – очень большая опасность. 1.4 Показатель удельного выброса на единицу площади. Для характеристики степени загрязнения территории рассчитывают величины выбросов в атмосферу и сбросов в природные воды с единицы площади поверхности. При этом количество загрязняющих веществ приводится к “единому показателю”, то есть количество каждого вещества пересчитывается на одно из веществ третьего класса опасности. Полученная величина “приведенного” выброса или сброса относится к общей площади региона и к площади урбанизированной территории в пределах рассматриваемого региона – получается показатель удельного выброса на единицу площади. Для территорий, равномерно и плотно заселенных достаточно знать величину удельного выброса с общей площади. В условиях неравномерно заселенных территорий имеет смысл определять удельный показатель выбросов с урбанизированной территории. Приведенный выброс вычисляют следующим образом Q L= ------- , S где S – площадь территории; Q - суммарный приведенный выброс, вычисляемый по формуле n mi(ПДКSO2) Q= ---------------- , i=1 ПДКi где mi - масса годового выброса i-го вещества. 1.5 В США при определении степени загрязнения воздуха часто применяют следующий показатель: 5 ORAQI = 5,7 (Ci / Si)1,37, i=1 где Ci - концентрация i-го загрязняющего вещества; Si – величина, соответствующая установленному нормативу содержания i-го вещества в воздухе. Значение коэффициента 5,7 и степени 1,37 в формуле найдены эмпирически и определены таким образом, что значение ORAQI, равное 10, указывает на незагрязненность атмосферного воздуха, а равное 100 – на то, что концентрация всех учитываемых загрязнителей достигла уровня нац. стандартов. (Учтена степень загрязнения атмосферы рядом веществ, часто встречающихся – диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, твердые частицы.) 1.6 Оценка качества воздуха с помощью приведенных выбросов Для оценки используется величина G = (M / K), где - безразмерный показатель относительной опасности загрязнения атмосферы над различными территориями (например, для территории населенных мест с плотностью населения чел/га =0,1, для территории промышленных предприятий включая защитные зоны =4, для территории курортов, заповедников =10) ; M – приведенный годовой выброс загрязняющих веществ из данного источника, измеряемый в условных тоннах в год; K – коэффициент разбавления выбросов от данного источника, измеряемый в м2/с. Величина М определяется по формуле: n М = Аimi, i=1 где mi – масса годового выброса примеси i , т/год; Ai – показатель относительной агрессивности примеси i, т/т; n – количество примесей. При выборе значения Ai учитывается токсичность примеси, вероятность накопления исходной примеси или вторичных загрязнителей в компонентах окр. среды и в цепях питания, вероятность поступления примеси в организм человека неингаляционным путем, а также возможность воздействия на различных реципиентов, кроме человека. Коэффициент разбавления выбросов К включает среднегодовое значение модуля скорости ветра u м/с без учета направления и геометрическую высоту источника над средним уровнем загрязняемой территории, h м: u K = -----( h + 20) , 2,5 где - безразмерная константа, характеризующая температуру воздуха. 1.7 Модель оценки качества воздуха на территориях различного таксономического уровня Модель разработана в Венгрии. Расчет качества воздуха может проводиться для территории трех масштабов: область (А), город (Б), поселок (В). Балльная оценка используемых в модели параметров (например, выбросов или концентраций) производится следующим образом: диапазон возможных значений параметров разбивается на примерно равные интервалы, которым присваивается соответствующий балл качества (Xi 1,5). Значение Xi=1 соответствует самому худшему состоянию, значение Xi=5 – самому лучшему. На основании балльных оценок рассчитывается комплексный показатель загрязнения воздуха: fxi X = xifxi , где Xi – балльная оценка учитываемых параметров, например SO2=x1 , NO=x2 и т.д.; n – количество ингредиентов; fxi – веса или весовые коэффициенты или коэффициенты значимости для учитываемых параметров. Веса определяются по классу опасности учитываемых вредных веществ (1 – чрезвычайно опасные, 2 – высокоопасные, 3 – опасные, 4 – умеренно опасные). В модели в качестве весов используются обратные величины указанных показателей класса опасности, например, для вещества 3 класса – 0,3, 2 класса – 0,5. При оценке качества воздушной среды над некоторой территорией наряду с комплексной оценкой загрязнения воздуха учитываются социальные, природные, техногенные факторы. В число социальных факторов входят: плотность населения (чел/км2), число работающих (тыс. чел.), распределение населения по возрасту и др. В число природных факторов входят: климатический тип региона, среднесуточная относительная влажность, число солнечных дней в году, среднегодовые осадки, рельеф, вид подстилающей поверхности (в %), с/х территории (тип территории в %) и др. К техническим факторам относятся: процент застройки, стоимость основных фондов в промышленности и с/х, длина асфальтированных дорог, число квартир и др. Расчет комплексного показателя состояния окружающей среды в регионе, например, с учетом социальных факторов, проводят следующим образом: N aj КСП = Xa1Ya2…, где X – комплексный показатель загрязнения атм. воздуха; Y – определенный независимо комплексный показатель загрязнения поверхностных вод и т.д.; aj (j=1, 2, …, N) – величины весовой функции социальных факторов для рассматриваемых N природных сред. Эти величины определяются на основе мнений многих экспертов, которые дают попарные оценки важности факторов и их количественное значение в интервале от 0,1 до 10. Расчет комплексного показателя состояния окр. среды в регионе с учетом технических факторов (КТП) производится аналогичным образом. 1.8 Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы Под ущербом подразумеваются не столько убытки в денежном выражении, сколько духовные и материальные потери от загрязнения в самом общем смысле. Такой подход применим в прогностических расчетах на дальнюю перспективу при отсутствии исходных сведения, необходимых для более точных методов. Вначале массу каждого загрязняющего вещества приводят по диоксиду серы с последующим суммированием по формуле: L ml (ПДК)SO2 Q = --------------- , l=1 (ПДК)l где ml – масса годового выброса примеси l; ПДК соответственно для SO2 и l-ой примеси; L – количество рассматриваемых примесей. Индекс действия выбросов на население и материальные ценности города, пропорциональный по допущениям ущербу, может быть представлен следующим образом: QkPk Ik = -------- , Sk где Q – приведенный годовой выброс в атмосферу города; P – численность населения; S – площадь рассматриваемой территории; k – рассматриваемый город. Величину относительного ущерба, выраженную в виде доли от общего ущерба от загрязнения атмосферы в стране, можно определить так: i U = ----, I где I – сумма индексов по всем городам страны, определяется по формуле: n ik I = --------- , n (Qk) / M где п – количество рассматриваемых городов, M – суммарный приведенный выброс в атмосферу за год во всех городах старны. Вычисленные таким образом величины относительного ущерба от загрязнени яатмосферы в каждом городе, выраженные индексом I, позволяют выявить города, подвергающиеся наибольшему ущербу и установить приоритет в направлении материальных средств на природоохранные мероприятия. Анализ различных подходов в выработке комплексных показателей позволяет заключить, что комплексную оценку можно представить некоторой функцией оценок отдельных факторов окр. среды с учетом относительной значимости (весовых коэффициентов) этих частных оценок, например: K = f(1X1, 2X2, …, nXn), где K – комплексная оценка ; Xi – частная оценка i-го фактора; i – весовой коэффициент i-го фактора; n – число учитываемых факторов. Величины Xi обычно могут быть в форме балльных оценок. Например, это могут быть индексы, показывающие отношение фактического загрязнения i-м фактором к нормативно заданной величине загрязнения (ПДК). Весовые коэффициенты задаются экспертно. Если речь идет о комплексной оценке химических факторов воздушной среды города, то в качестве весовых коэффициентов могут использоваться, в частности, классы опасности веществ, вернее их обратные величины: =1/g (g –класс опасности – 1, 2, 3, 4). В качестве функции f часто используется суммирование взвешенных оценок n K = iXi i=1 или их произведение i К= ПXii 1.9 Для комплексной оценки состояния воздушной среды сейчас используются также методы биоиндикации. Растения могут служить своеобразными приборами для регистрации загрязнений. Их преимущество состоит в том, что они реагируют сразу на всю сумму загрязнений. В настоящее время известно, что наиболее чувствительны к загрязнениям представители лихенофлоры - лишайники. В зависимости от чувствительности к загрязнениям лишайники делят на 10 классов палеотолерантности (выносливости, способности приспосабливаться). Наиболее выносливые относятся к 10-му классу. На деревьях выделяют небольшие площадки, на которых подсчитывают процент покрытия различными видами лишайников. Группировка лишайников называется синузией. Коэффициент покрытия вычисляют по формуле : Si = ci / C , где ci - покрытие i-го вида, С – суммарное покрытие видов. Индекс палеотолерантности, вычисленный для синузии лишайников, имеет вид : n IP = aisi , i=1 где ai - класс палеотолерантности для i-вида, n - число видов на площадке описания. При описании большого количества площадок вычисляют средние значения индекса палеотолерантности. Величины индексов колеблются от1 до 10. Чем больше индекс, тем больше загрязнен воздух. Кроме лишайников, индикаторами степени загрязнения могут служить мхи и водоросли. Используются также в качестве биоиндикаторов высшие растения : деревья, кустарники, травы. В качестве показателей, характеризующих уровень экологического комфорта для растений, можно брать их различные функциональные характеристики, например, продуктивность (годовой прирост биомассы). Оценку качества окр. среды можно проводить по формуле: n IT = aiqi , i=1 где ai - класс устойчивости i-го вида растений; qi = pi/P (pi – годовой прирост биомассы растений i-го вида, P – суммарный годовой прирост). Оценка качества среды с помощью этого показателя меняется в пределах от 1 до М, где М – число классов устойчивости. Метод применяется во многих странах. Для наблюдений используется аэрофотосъемка, космическая съемка. Для обработки результатов наблюдений применяют статистические методы. 2 Показатели качества воды При оценке состояния поверхностных вод общий подход может быть таким же как для воздуха, но здесь используется свой набор показателей. 2.1 В настоящее время наиболее распространенной является методика, предложенная В.И. Гурарием и А.С. Шайном (Украина, Харьков). Огни разделили весь набор показателей, характеризующих качество воды, на две группы. В одну группу попали общесанитарные и органолептические показатели (I1), в другую – специфические показатели токсикологического характера, для которой известны нормы ПДК (I2). И те, и другие показатели исчисляются по пятибалльной шкале. Рассмотрим способ получения комплексных оценок по первой группе показателей. Значение комплексной оценки определяется формулой n I1 = giqi(ci) , i=1 где gi – относительный вес i-го параметра; qi – оценка влияния на качество воды i-го параметра, имеющего значение ci . Относительные веса gi для каждого из параметров определяются формулой n gi = 1/Ri (1/Ri) , i=1 где Ri – средние значения оценки, назначенной экспертами i-му параметру (по пятибалльной шкале). Оценки (баллы) для различных параметров относятся к некоторому интервалу значений параметра. Имеется 10 наиболее важных параметров: коли-индекс, запах, БПК5, рН, растворенный в воде кислород, цветность, концентрация взвешенных веществ, общая минерализация, содержание хлоридов и сульфатов. Для каждого из параметров исчислены оценочные баллы методом соответствующей обработки экспертных мнений (результаты приведены в таблице 1). На основании индексов I1 и I2 строится общий индекс качества воды также по определенному правилу. 2.2 Расчет показателей качества водных ресурсов в США производится по отдельным водным объектам или однородным географическим районам. Показатель качества воды рассчитывался для 110 базисных территориальных единиц, на которые была разбита территория страны. Показатель учитывал следующие параметры: распространенность загрязнения (длину участков Таблица 1– Нормативные оценки качества поверхностных вод, в баллах
водных потоков, в которых качество воды не соответствует национальным стандартам, стандартам штата или другим нормам), продолжительность (по числу кварталов года, в течение которых наблюдается загрязнение воды: вес равен 0,4, 0,6, 0,8 и 1,0 для соответственно 1, 2, 3, 4 кварталов) и интенсивность загрязнения (степень загрязнения воды в зоне, равная сумме значений ущерба экологического, утилитарного и эстетического характера; различной степени загрязнения приданы веса от 0 до 1). Значение показателя качества воды для данной территориальной единицы рассчитывается по формуле PDI V = --------- , M где P – распространенность загрязнения; D – продолжительность загрязнения; I – интенсивность загрязнения; M – длина водных путей в данной территориальной единице. 2.3 Иная практика расчета частных показателей качества окружающей среды принята канадскими исследователями. Отличительная особенность этих характеристик заключается в максимально возможном устранении субъективных оценок и упоре на статистические данные. Поскольку сточные воды различных отраслей промышленности характеризуются специфическим составом, то для каждой отрасли учитывались различные параметры. Для определения числовых значений показателя были выявлены основные направления водопользования и соответствующие им критерии качества. Нагрузку каждой отрасли можно представить как сумму взвешенных объемов соответствующих веществ (веса определены исходя из степени опасности каждого загрязнителя для водной среды). Формула для расчета имеет вид: EL = W1P1 + W2P2 + … где W1 – весовой коэффициент первого загрязнителя; P1 – содержание первого загрязняющего вещества в сточных водах. Конкретные значения весовых коэффициентов были определены в результате тщательных научных исследований. 2.4 В соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» СанПиН 4630-88 выделяют следующие классы качества природных вод по их загрязненности:
Отнесение водных объектов к тому или иному классу по степени загрязнения определяется величинами набора оценочных показателей, к которым относятся органолептические, токсикологические, санитарные, бактериологические (таблица 2). Таблица 2 – Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения
2.5 Экологическая оценка качества поверхностных вод в соответствии с РНД: “Методика экологической оценки качества поверхностных вод по соответствующим категориям” (утв. Приказом Минэкобезопасности 31.03.98 №44). Система экологической классификации качества поверхностных вод Украины включает 3 группы специализированных классификаций: 1) группа классификаций по критериям солевого состава; 2) классификация по трофо-сапробиологическим критериям; 3) группа классификаций по критериям специфических веществ токсического и радиационного действия, а также по уровню токсичности. Трофность водных объектов – степень биологической продуктивности экосистем водных объектов, которая определяется содержанием в воде биогенных элементов (прежде всего, фосфора и азота) и комплексом гидрологических, гидрохимических, гидробиологических и других факторов. Сапробность вод – уровень содержания в воде органических веществ, способных к разложению. Может определяться по характеристикам видового состава и численности гидробионтов-индикаторов сапробности. Группа классификаций по критериям солевого состава включает 4 специализированные классификации:
Галинность вод – степень минерализации (солености) воды. Экологическая классификация по трофо-сапробиологическим критериям включает такие группы показателей:
Группа классификаций по критериям содержания и биологического действия специфических веществ включает 3 специализированные классификации:
Из перечисленных классификаций качества воды по своему строению первые две отличаются одна от другой и от остальных. Классификация по критерию минерализации имеет 3 класса и подчиненные им 7 категорий качества воды:
Классификация по критериям ионного состава делит воды на 3 класса (гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные), каждый из которых, в свою очередь, дифференцируется на 3 группы (кальция, магния, натрия), то есть существует 9 категорий по ионному составу. Класс воды определяется по преобладающим анионам, группа – по преобладающим катионам. Кроме того, определенные категории вод по ионному составу делятся также на 4 типа по количественному соотношению ионов (в эквивалентах). Все другие классификации построены по одинаковому принципу: воды делят на 5 классов и 7 подчиненных им категорий. Конкретные гидрофизические, гидрохимические, гидробиологические и специфические количественные показатели являются элементарными признаками качества воды (частными показателями оценки). Комплексные количественные показатели, построенные на интегрировании элементарных признаков качества воды, являются обощенными признаками (оценками) качества воды. На основе элементарных и обобщенных признаков определяют классы, категории и индексы качества воды, зоны сапробности, степени трофности. Классы и категории качества воды по состоянию имеют следующие названия: - I класс с одной категорией (1) – отличные;
Классы и категории качества воды по степени их чистоты (загрязненности) имеют следующие названия:
Классы и категории качества вод по трофо-сапробиологическим критериям соответствуют определенной трофности и сапробности вод, а именно:
При выполнении экологической оценки качества вод вначале для каждого показателя отдельно определяются категории качества воды по среднему и худшему значениям. Следующий этап – обобщение оценок качества воды по отдельным показателям с определением интегральных значений классов и категорий качества воды – выполняется на основе анализа показателей в пределах соответствующих блоков. Это обобщение состоит в определении средних и наихудших значений для трех блоковых индексов качества воды: I1 – индекса загрязнения компонентами солевого состава, I2 – трофо-сапробиологического (эколого-санитарного) индекса, I3 – индекса специфических показателей токсического и радиационного действия. Средние значения для трех блоковых индексов качества воды определяются путем вычисления среднего номера категории по всем показателям данного блока. Средние значения блоковых индексов могут быть дробными числами. (Например, I3cр= 5,1 означает, что по критерию содержания специфических веществ токсического и радиационного действия воды относятся к 3 классу, 5 категории, а I3макс = 7 – относятся к 5 классу, 7 категории.) Наихудшие значения для трех блоковых индексов качества воды определяются по относительно наихудшему показателю (с наибольшим номером категории) среди всех показателей данного блока. Этап определения объединенной оценки качества воды для определенного водного объекта в целом или для отдельных его участков состоит в вычислении интегрального, или экологического индекса (IE). Использование экологического индекса качества воды целесообразно в тех случаях, когда удобнее пользоваться однозначной оценкой : для планирования водоохранной деятельности, разработки водоохранных мероприятий, осуществления экологического и эколого-экономического районирования, экологического картографирования и т.п. Значение экологического индекса определяется по формуле: I1 + I2 + I3 IE = ------------ . 3 Экологический индекс качества воды, как и блоковые индексы, вычисляется для средних и для наихудших значений категорий отдельно : IEср IEмакс. Он может быть дробным числом. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||