Некоторые научно-технологические
проблемы проектирования, создания
и функционирования СИСТЕМ
МОНИТОРИНГА водных объектов
1
III. РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА водных объектов
Важной составной частью систем мониторинга является
их информационное обеспечение (информационная
подсистема – ИС). Традиционным подходом в организации
таких подсистем является их использование для сбора
и обработки данных аналитических измерений. На самом
деле, помимо этой обязательной функции ИС должна
обеспечивать наличие и использование данных об источниках
загрязнения вод, всего документооборота, связанного
с экологическим статусом наблюдаемого объекта, о состоянии
используемых технических средств, об эффективности
управления на основании мониторинга и т.д.
Принципы организации и функционирования таких ИС
рассматриваются в предлагаемой статье.
1. Принципы разработки и эксплуатации
единой автоматизированной системы
мониторинга и обеспечения экологической
безопасности водных объектов
и их водосборных территорий
В
настоящее время проблемы охраны
природных вод, а также возвращения
водных объектов к их природному
состоянию, относятся к числу наиболее актуальных
геостратегических проблем, затрагивающих
насущные интересы большинства
стран. От их решения во многом зависит
успешность перехода международного сообщества
к устойчивому развитию [1, 2]. Хотя
Россия занимает второе место в мире (после
Бразилии) по водному потенциалу [1],
1 Ссылки на предыдущие сообщения см. в разделе
«Литература» данной публикации ссылку [4].
В предыдущие сообщения этого цикла можно
также включить публикацию [3].
Ã.Ì. Áàðåíáîéì*,
д.ф.-м.н., профессор,
главный научный
сотрудник Института
водных проблем
(ИВП) РАН, научный
руководитель
АНО «Институт
экологических
технологий и систем
управления
«ЭСКОС»,
профессор кафедры
экологии
и управления
водными ресурсами
Экологического
факультета РУДН
но сырьевой характер экономики России
является источником разнообразных экологических
рисков. К числу опасных элементов
хозяйственной инфраструктуры, в первую
очередь, относятся устарелые технологии
добычи природных ресурсов, транспортные
системы (трубопроводы, танкерный и железнодорожный
транспорт), хранилища нефти и
нефтепродуктов, шламохранилища и ряд
других объектов. Для примера отметим, что
среднегодовой уровень аварийных разливов
нефти и нефтепродуктов на водных объектах
России составляет 50-60 заметных разливов
и, в целом, не имеет устойчивой тенденции к
снижению (подробней см. [3]).
Очевидно, что для решения задач охраны и
экологической реабилитации водных объектов,
рационального использования водных
ресурсов требуются большие объемы информации
различной по географическому охвату,
разнообразной по тематике и по уровню
используемых научных знаний, а также
средствами их хранения, обработки и обеспечения
различных управленческих решений.
Значительная и непременная часть такой
информации генерируется системами мониторинга
водных объектов (СМ ВО) [2, 4-6].
В настоящее время потенциал СМ ВО может
быть реализован только на основе создания
единой автоматизированной системы мониторинга
и обеспечения экологической безопасности
водных объектов и их водосборных
территорий (АСМ ЭБ). В дальнейшем изложении
в качестве одного из вариантов АСМ
ЭБ будем рассматривать автоматизированную
систему мониторинга водных объектов
(АСМ ВО).
* Адрес для корреспонденции: escos@online.ru
2
Г.М. Баренбойм и др. // ВОДА: ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ №10, октябрь 2009 г. с. 2-10.
Стр.1
Отметим наиболее существенные особенности
АСМ ВО.
Географическая масштабность водных объектов
как предмета мониторинга. Современные
концепции предусматривают организацию
экологического мониторинга для
водных объектов в масштабе бассейнов,
включая водосборную территорию. Бассейно
вый подход является общепринятой
концепцией мониторинга и управления водными
ресурсами [7]. Эта концепция реализована
в созданной в СССР системе управления
водным хозяйством страны на основе
Бассейновых управлений. Масштаб ность
задачи проиллюстрируем на примере
Волжского бассейна, площадь которого
составляет 1358 тыс. кв. км (62,2% европейской
части России). В пределах Волжского
бассейна находятся полностью или частично
40 административных границ (из них две –
в Казахстане) [8].
Масштабность информационно-измерительной
системы АСМ ВО. Эта масштабность
проявляется:
в использовании широкого арсенала методов,
технических средств и технологий измерения
состояния водных объектов и факторов
антропогенных воздействий;
в применении разнообразных средств
передачи и обработки информации;
в разнотипности контролируемых параметров,
влияющих на экологический статус
вод (территория водосборного бассейна,
атмосфера как среда массообмена и переноса
загрязнений и т.д.);
в разнообразии антропогенных факторов
негативного воздействия на водные объекты
(промышленные, транспортные, оборонные,
сельскохозяйственные, коммунальные и
т.д.);
в множестве субъектов воздействия загрязненных
вод (человек, гидробиота, частично
биота суши, в том числе, сельскохозяйственные
растения и животные и т.д.).
Следует отметить разнообразие факторов
антропогенного воздействия: химические,
радиоактивные, тепловые, биологические
загрязнения, гидрологические и гидрофизические
факторы и пр. Химические воздействия
представлены, по крайней мере,
несколькими тысячами токсикантов.
Множественность показателей мониторинга
частично иллюстрируется на примере классификации
факторов состояния водного объекта
и его водосборной территории [5].
Масштабность инструментально-методического
обеспечения АСМ ВО определяется
тем, что мониторинг водных объектов должен
одновременно функционировать в рамках
разнотипных информационно-аналитиÅ.Â.
Веницианов,
д.ф.-м.н., профессор,
заведующий
лабораторией
охраны вод ИВП РАН,
профессор кафедры
экологии
и управления
водными ресурсами
Экологического
факультета РУДН
В.И. ДаниловДанильян,
чл.-корр.
РАН, д.э.н.,
профессор,
директор ИВП РАН,
заведующий
кафедрой экологии
и управления
водными ресурсами
Экологического
факультета РУДН
И.А. Степановская,
к.т.н.,
старший научный
сотрудник
Института проблем
управления
им. В.А. Трапезникова
РАН
ческих и инструментальных систем, которые
согласно их определению в современной
литературе (см., например, [9]) классифицируются
на:
информационно-поисковые;
оперативно-аналитические (анализ оперативных
данных);
системы поддержки управляющих решений
с учетом экономических и социальных
факторов (поиск закономерностей в накопленных
данных, построение прогностических
моделей, разработка сценариев управленческих
решений);
геоинформационные системы;
системы моделирования, требующие, в
свою очередь, привлечения обширных массивов
справочных данных и баз знаний и др.
Можно выделить следующие классы моделей:
гидрологические, физико-химические (трансформация
загрязняющих веществ, их перенос
между водной толщей и донными отложениями
и др.), биолого-токсикологические (процессы
воздействия повреждающих факторов
на различные виды гидробиоты, включая эпиморфное
моделирование в видовой иерархии,
и др.), экосистемные и др.
Важно обратить внимание на моделирование
типа и величины биологической активности
по химической структуре ксенобиотиков, в
первую очередь органических. Известно, что
уже в 80-е годы прошлого века было известно
более 6 миллионов химических соединений,
среди них не менее 80% составляли
органические соединения, в массиве которых
сосредоточена основная часть мутагенов,
канцерогенов, эмбриотоксинов и практически
все супертоксины [10]. В то же время
только для небольшой доли органических
соединений известны предельно допустимые
концентрации в воде, а для многих соединений,
реально обнаруживаемых в водных объектах,
даже неизвестен тип их биологической
активности. Принципы соответствующего
моделирования также рассмотрены в [10].
Безусловно, необходимым этапом информационного
обеспечения АСМ ВО является
обращение к международным регистрам
опасных химических соединений (например,
к регистрам Международной программы по
химической безопасности – IPCS, Международ
ного агентства по изучению рака – IARC
и др.) [11]. Такой поиск может производиться
автоматически в рамках информационной
системы АСМ ВО.
Особый класс задач моделирования связан со
специальными видами мониторинга, например,
применительно к отдельным направлениям
промышленности, энергетики, транспорта
и др. (см. требования к этим видам
мониторинга в [12]), а также применительно
Мониторинг водных объектов
3
Стр.2
к технологиям практического восстановления
экологического статуса водных объектов (см.,
например, о подобных технологиях в [13, 14]).
Целесообразно исполь зовать такие подходы,
как обнаружение скрытых периодичностей в
потоке событий, анализ взаимодействия
нескольких потоков событий, выявление ранних
признаков катастрофических событий и
др. [15]. При создании многих прогностических
моделей «дальнего действия» необходимо
учиты вать влияние глобальных климатических
изменений, в частности, глобальное
потепление [16].
Масштабность уровня управляющих решений,
принимаемых по данным АСМ ВО. Эта
масштабность определяется направленностью
на минимизацию экологических рисков
для окружающей природной среды в целом и
для водных объектов, а также для биоты и
человека, в частности. По срокам исполнения
принимаемые управляющие решения
можно разделить на оперативные, стратегические
и отсроченные. Примером отсроченных
решений могут служить многочисленные
международные или межгосударственные
конвенции и соглашения, связанные с обеспечением
экологической безопасности вод
мирового океана при транспортировке высокотоксичных
химических веществ, а также
нефти и нефтепродуктов. Этот пример, кстати,
указывает на роль мониторинга в формировании
национальной и международной
экологической политики.
На современном этапе развития СМВО ни в
России, ни в экономически развитых зарубежных
странах пока нет опыта построения
таких систем, обладающих всеми описанными
выше характеристиками.
Наиболее глубокое осознание масштабности
проблем информационно-аналитических
технологий управления экологической безопасностью
пришло при подписании Россией
«Конвенции о запрещении разработки, производства,
накопления и применения химического
оружия и его уничтожения» в ноябре
1997 года. Была начата разработку автоматизированной
информационно-аналитической
системы мониторинга объектов по уничтожению
химического оружия. Данная технология
позволила резко повысить качество
оперативной службы экологического контроля
за счет следующих факторов:
комплексная оценка и прогнозирование
состояния экосистем и воздействия на
здоровье населения по данным совместного
контроля загрязнения всех природных сред
(воздуха, поверхностных вод суши, сточных
вод, подземных вод, почвы, биоты),
автоматизированное управление эксплуатацией
измерительной техники,
обеспечение безопасности персонала,
организация электронного отчетно-аналитического
документооборота с природоохранными
организациями,
мониторинг новых технологий химического
анализа и оборудования,
мониторинг программно-целевого управления
выполнением мероприятий под держки
экологической безопасности.
Эти принципы в их развитии должны быть
положены в основу создания АСМ ВО.
2. Типовой проект программного
обеспечения портала АСМ ВО
еобходимо рассмотреть проблему
создания портала СМ ВО, способного
адекватно отражать текущую ситуацию,
выделять приоритетные объекты и
задачи контроля и анализа, оперативно реагировать
на любые изменения состояния
водного объекта и его водосборной территории,
строить обоснованные стратегические
планы управления, адаптировать программы
контроля и управления к конкретным ситуациям.
Н
Актуальность
этой проблемы определяется
общепризнанным недостатком современной
системы мониторинга водных объектов
России, который заключается в ее неполноте
и хаотическом состоянии. Эта оценка характеризуется
отсутствием унификации методов,
аппаратуры, программного обеспечения
и процедур мониторинга, а также стандартизации
и кооперации. Измерений параметров
состояния проводятся по различным методикам,
с помощью нестандартизованной техники.
Практически отсутствуют эффективные
технологии управления персоналом в случае
возникновения чрезвычайных экологичес4
Г.М.
Баренбойм и др. // ВОДА: ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ №10, октябрь 2009 г. с. 2-10.
Стр.3