Виды и методы мониторинга промышленных объектов

Федеральное агентство по образованию

Белгородский инженерно-экономический институт

Троицкий филиал

Кафедра безопасности жизнедеятельности

Специальность              280102 «Безопасность жизнедеятельности»             

Специализация                           

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

Виды и методы мониторинга промышленных объектов.

Студент:                               _____________  Цицура. И.А.

Рук. курсовой    работы:   _____________   Лопанов А.Н.

Белгород  2012

Содержание

1.  Введение               2

2.  Аналитический обзор литературы               4

3. Научно-исследовательская часть               7

3.1. Виды мониторинга               7

3.2. Мониторинг промышленной безопасности               10

3.3. Химическая и добывающая промышленность              12

3.4. Мониторинг районов гидротехнических сооружений                17

3.5. Мониторинг и оценка загрязненности почвы              22

3.6. Мониторинг районов АЭС              28

3.7. Мониторинг территорий нефте-газопроводов и транспортных систем              35

4. Методы мониторинга промышленных объектов              41

4.1. Наблюдательные сети и программы наблюдений              41

4.2.           Дистанционные методы исследований              47

4.3.           Наблюдательные станции              50

5.        Заключение              56

6.        Библиографический список              58

1.  Введение

Переход к новым механизмам хозяйствования и развитому рынку невозможен без рационального и эффективного использования ресурсов, снижения экологического и экономического ущерба от аварийности и травматизма. Решение этой важной задачи требует научно обоснованных подходов к организации и обеспечению экологической и техногенной безопасности всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и энергетики.

Актуальность проблемы обеспечения промышленной безопасности особенно возрастает на современном этапе социально-экономических преобразований и развития производительных сил, когда из-за трудно предсказуемых социальных, техногенных и экологических последствий чрезвычайных ситуаций возникает угроза самому существованию человеческого общества.

От аварий на опасных объектах ежегодно в России получают вред около 200 тыс. человек, а погибает в результате аварий и катастроф более 50 тыс. человек. Общий экономический ущерб от ЧС техногенного характера превышает 2,0 млрд. руб. в год, а размер экологического ущерба трудно поддается исчислению.

Проблема предупреждения техногенных происшествий и аварийности приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химической промышленности, при эксплуатации военной техники, где используется и обращается мощные источники энергии, экологически опасные высокотоксичные и агрессивные вещества.

Цель государственной политики в области управления промышленно-экологической безопасностью и снижения техногенных и экологических рисков состоит в обеспечении гарантированного уровня безопасности личности, общества и окружающей среды в пределах показателей приемлемого риска, критерии (нормативы) которых устанавливаются для соответствующего периода социально-экономического развития страны с учетом мирового опыта в данной области. Государственная политика в области управления экологической и техногенной безопасностью строится в рамках строгих ограничений воздействий на технические системы и окружающую среду, состоящих из требований о не превышении предельно допустимых уровней техногенных воздействий, предельно допустимых концентраций и предельно допустимых техногенных и антропогенных нагрузок на экосистемы.

2.  Аналитический обзор литературы

Одним из управленческих принципов системы обеспечения промышленно-экологической безопасности является ее декларирование. В федеральном Законе "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.97 № 116-ФЗ предусмотрена разработка декларации промышленной безопасности, предполагающая всестороннюю оценку риска аварий и связанной с ним социально-экономической и экологической угрозы на основе мониторинга и аудита безопасности объекта. Обычно анализ риска рассматривают как часть системного подхода к принятию социально-политических решений, управленческих процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба имуществу и окружающей среде.

Декларирование безопасности промышленного объекта осуществляется в целях обеспечения контроля за соблюдением мер безопасности, оценки достаточности и эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на промышленном объекте.
Декларация безопасности — документ, в котором определены возможные характер и масштабы опасностей на промышленном объекте и выработанные меры по обеспечению промышленной и экологической безопасности и предупреждению техногенных чрезвычайных ситуаций. Промышленный объект подлежит обязательному декларированию безопасности, если он включен в список объектов, деятельность которых связана с повышенной опасностью, и, если на нем обращаются опасные вещества в количестве, равном или превышающем определенное пороговое значение.
Разработка, декларации промышленной безопасности предполагает: оценку риска аварии и связанной с нею угрозы; анализ мер по предупреждению аварий, по обеспечению готовности организации к эксплуатации опасного производственного объекта, а также к локализации и ликвидации аварии на объекте.

Основным законодательным актом, регулирующим отношения по водопользованию и сохранению водных объектов, является Водный кодекс Российской Федерации от 18 октября 1995 г.

Административным кодексом Российской Федерации установлена административная ответственность за различные нарушения в области охраны окружающей среды: превышение нормативов ПДВ или временно согласованных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу; превышение нормативов предельно допустимых вредных физических воздействий на атмосферный воздух; выброс загрязняющих веществ в атмосферу без разрешения специально уполномоченных на то государственных органов и др.          Уголовным кодексом Российской Федерации, принятым 13 июня 1996 г. и вводимым в действие с 1 января 1997 г., предусмотрена уголовная ответственность за экологические преступления.

Плата за загрязнение взимается с природопользователей (предприятий, учреждений, организаций и других юридических лиц) независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, осуществляющих следующие виды воздействия на окружающую природную среду:

-  выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников;

-  сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, а также любое подземное размещение загрязняющих веществ;

-  размещение отходов.

          Базовые нормативы платы за выбросы и сбросы конкретных загрязняющих веществ определяются как произведение удельного экономического ущерба в пределах допустимых нормативов выбросов, сбросов на показатели относительной опасности конкретного загрязняющего вещества для окружающей природной среды и здоровья населения. Базовые нормативы платы за размещение отходов являются произведением удельных затрат на размещение единицы (массы) отходов IV класса токсичности на показатели, учитывающие класс токсичности отходов. 

3. Научно-исследовательская часть

3.1. Виды мониторинга

Глобальный экологический мониторинг (планетарный)

Мониторинг атмосферы, водного бассейна, почвы, геологический

Химический, биологический, радиационный

Мониторинг химических, билогических радиационных источников загрязнения

Мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям, спутниковый (космический)

Медикобиологический, биохимический, геофизический

В зависимости от освоения того или иного района (территории), в рамках которого осуществляется мониторинг безопасности жизнедеятельности, выделяют мониторинг городских территорий (населенных мест или городских агломераций); районов горнодобывающих и химических предприятий; районов гидротехнических сооружений; районов сельскохозяйственного и гидромелиоративного освоения; районов АЭС; районов транспортных линейных сооружений. Перечисленные виды, отражая специфику техногенной нагрузки на ту или иную территорию, являются, как правило, объектами для комплексных видов мониторинга безопасности жизнедеятельности. От того, какими службами организован мониторинг безопасности жизнедеятельности, выделяются два вида: государственный (федеральный) и отраслевой (ведомственный). Первый планируется, заказывается и организуется централизованно государственными (федеральными) правительственными органами управления: министерствами, государственными комитетами и так далее, второй организуется по инициативе отдельных ведомств (например, транспортных, нефтедобывающих) и отраслей промышленности. Отраслевые системы мониторинга должны быть составными частями государственной (федеральной) системы, а не самостоятельными службами. В зависимости от ранга организации и масштаба исследований мониторинг безопасности жизнедеятельности может быть детального, локального, регионального, национального (государственного) и глобального уровня. В соответствии с рассмотренными выше определениями видов мониторинга, отличающимися друг от друга объектами наблюдения, можно говорить о простых и сложных (комплексных) системах мониторинга. Локальный мониторинг окружающей среды предназначен обеспечить оценку изменения окружающей среды под влиянием действующего или проектируемого объекта. Ответственными за организацию локального мониторинга являются органы местного самоуправления. Локальные системы объединяются в более крупные системы регионального мониторинга окружающей среды, охватывающие территории края, области или нескольких краев и областей. Региональный мониторинг окружающей среды предназначен обеспечить оценку изменений окружающей среды территорий комплексного антропогенного освоения. Он базируется на государственных источниках информации. Ответственными за организацию регионального мониторинга являются органы государственной власти субъектов Российской Федерации. Система регионального мониторинга реализована в пределах одного государства в единую национальную (государственную) сеть мониторинга и образует, таким образом, национальный уровень системы мониторинга. Система национального (государственного) уровня мониторинга окружающей среды является необходимой предпосылкой для соблюдения законодательства в области охраны недр и экологии; систематического контроля за состоянием всех компонентов окружающей среды; обеспечения эффективной и экологически безопасной инженерно-хозяйственной деятельности. Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации и законодательством субъектов Российской Федерации. Порядок организации и осуществления государственного мониторинга окружающей среды (государственного экологического мониторинга) устанавливается правительством Российской Федерации. рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения национальных систем мониторинга в единую межгосударственную сеть – Глобальную систему мониторинга окружающей среды. Ее назначение – осуществление мониторинга за изменениями в окружающей среде на Земле в целом, в глобальном масштабе. Глобальный мониторинг – это система слежения за состоянием и прогнозирование возможных изменений общемировых процессов и явлений, включая антропогенные воздействия на биосферу в целом. Глобальная система мониторинга окружающей среды призвана решать общечеловеческие экологические проблемы в рамках всей Земли, такие, как глобальное потепление климата, вопросы сохранения озонового слоя, прогнозирование землетрясений, опустынивания и эрозии почв, наводнений, засухи, сохранение лесов и т.д. Составной частью Федеральной службы России по мониторингу окружающей среды наряду с мониторингом биосферы, атмосферы, гидросферы, почвы является мониторинг геологической среды. Формирование единой национальной системы мониторинга России является одной из задач Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации, Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также республиканских, областных и краевых комитетов по охране природы Российской Федерации. Кроме того, в создании единой федеральной системы мониторинга окружающей среды заинтересована и Межведомственная комиссия Совета Безопасности Российской Федерации по экологической безопасности, образованная Указом Президента Российской Федерации № 812 от 25 апреля 1994 г.

3.2. Мониторинг промышленной безопасности

Актуальность проблемы обеспечения экологической и промышленной безопасности особенно возрастает на современном этапе социально-экономических преобразований и развития производительных сил, когда из-за трудно предсказуемых социальных, техногенных и экологических последствий чрезвычайных ситуаций возникает угроза существованию человеческого общества. России общий экономический ущерб от аварий техногенного характера превышает 2,0 млрд руб. в год. Проблема предупреждения техногенных происшествий и аварийности приобретает особую актуальность в атомной энергетике, химической промышленности, при эксплуатации военной техники, где используются мощные источники энергии, экологически опасные высокотоксичные и агрессивные вещества. Система обеспечения промышленной и экологической безопасности основана на организационных, управленческих и технических принципах. Значительное место в проблеме обеспечения промышленной и экологической безопасности занимает оценка безопасности при нормальной эксплуатации путем мониторинга на производственном объекте. Объектом мониторинга и аудита промышленной и экологической безопасности является комплекс взаимодействий в системе человек – машина – природа, а предметом изучения безопасности – закономерности возникновения и предупреждения происшествий при функционировании таких систем. Одним из принципов системы обеспечения промышленно-экологической безопасности является ее декларирование. В Федеральном законе «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116ФЗ предусмотрена разработка декларации промышленной безопасности, предполагающая всестороннюю оценку риска аварий и связанной с ним социально-экономической и экологической угрозы на основе мониторинга и аудита безопасности объекта. Мониторинг и анализ риска аварий на опасных производственных объектах является составной частью управления промышленно-экологической безопасностью. Мониторинг риска заключается в систематическом использовании всей доступной информации для идентификации опасностей и оценки риска возможных нежелательных событий. Результаты мониторинга и анализа риска используют при декларировании промышленной безопасности опасных производственных объектов, экспертизе промышленной и экологической безопасности, обосновании технических решений по обеспечению безопасности, страховании, экономическом анализе безопасности, оценке воздействия хозяйственной деятельности на окружающую природную среду. Основные задачи мониторинга и анализа риска аварий на опасных производственных объектах заключаются в следующем: – информации о состоянии промышленной и экологической безопасности объекта; – сведениях о наиболее опасных местах объекта с точки зрения безопасности;– обоснованных рекомендациях по уменьшению риска. Для проведения мониторинга и анализа риска, установления его допустимых пределов в связи с требованиями безопасности и принятия управляющих решений необходимы: – наличие информационной системы, позволяющей оперативно контролировать существующие источники опасности и состояние объектов возможного поражения; – сведения о предполагаемых направлениях хозяйственной деятельности, проектах и технических решениях, которые могут влиять на уровень техногенной и экологической безопасности, а также программы для вероятностной оценки связанного с ними риска; – экспертиза безопасности и сопоставление альтернативных проектов и технологий, являющихся источниками риска; – составление прогнозов и аналитическое определение уровня риска, при котором прекращается рост числа техногенных и экологических поражений. Мониторинг опасностей начинают с предварительного исследования, позволяющего идентифицировать источники опасности. На стадии идентификации опасностей и предварительных оценок риска рекомендуется применять методы качественного анализа и оценки риска. Качественные методы мониторинга опасностей и риска позволяют определить источники опасностей, потенциальных аварий и несчастных случаев, последовательность развития событий, пути предотвращения аварий (несчастных случаев) и смягчения последствий. Качественные методы анализа опасностей включают: – предварительный анализ опасностей; – анализ видов и последствий отказов; – анализ опасности и работоспособности; – анализ ошибок персонала; – причинно-следственный анализ; – анализ «дерева отказов»; – анализ «дерева событий»; – количественный анализ риска. предварительный анализ опасностей включает перечень опасностей, в котором указывают идентифицированные источники опасностей, повреждающие факторы, потенциальные аварии, выявленные недостатки. Изучают технические характеристики объекта, системы, процесса, используемые энергетические источники, рабочие среды, материалы и устанавливают их повреждающие свойства.

3.3. Химическая и добывающая промышленность

В России зарегистрировано примерно 3600 химических опасных объектов. По различным оценкам 146 городов с населением 100 тыс. человек расположены в зонах повышенной химической опасности. С 1992 по 1996 г. произошло более 250 аварий с выбросом опасных химических веществ, во время которых пострадали более 800 и погибли 69 человек. Более 25% аварий произошло из-за эксплуатации оборудования сверх нормативного срока, коррозии оборудования и неработоспособности контрольно-измерительной аппаратуры. Одним из важных компонентов разных отраслей промышленности горно-химического сырья и промышленного производства являются так называемые промышленные сточные воды, имеющие специфический состав в отличие от бытовых сточных вод. Промышленные сточные воды – это жидкие отходы промышленного производства, содержащие различные химические вещества. Попадая тем или иным путем в геологическую среду, сточные воды загрязняют ее различными компонентами. В связи с этим они должны находиться в сфере повышенного внимания в системе мониторинга геологической среды. Разнообразие типов промышленных производств определяет многокомпонентность состава этих сточных вод. Для каждой отрасли промышленности характерно присутствие в сточных водах свойственных этой отрасли химических соединений. Насчитывают тысячи химических веществ, которые могут находиться в сточных водах. Среди них минеральные и органические соединения разных классов: соли, кислоты, щелочи, спирты, альдегиды, кетоны, хлор, фосфор и металлоорганические соединения, радиоактивные изотопы. Промышленность горно-химического сырья, включающая в себя все виды обогащения полезных ископаемых, чрезвычайно многообразна, разнохарактерна и оказывает существенное влияние на геологическую среду. В горнохимической промышленности есть некоторые виды, приводящие к региональным изменениям геологической среды. По действию на организм человека промышленные сточные воды могут обладать общетоксическим, онкогенным, аллергенным, мутагенным, эмбриотоксическим и другими эффектами, в связи с чем контроль за сбросами промышленных сточных вод осуществляется органами санитарной службы. Особенно опасно присутствие в промышленных сточных водах наиболее вредных для организма человека веществ, например соединений ртути, свинца, мышьяка, цианидов, онкогенных соединений, провоцирующих раковые заболевания. Промышленные сточные воды, как и другие стоки, оказывают наибольшее влияние на санитарное состояние поверхностных водоемов, а также прилегающих к ним водоносных комплексов и горизонтов подземных вод. К спуску их в водоемы предъявляются санитарно-гигиенические требования, регламентируемые Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Промышленные сточные воды, особенно сильнозагрязненные, проходят предварительную очистку на локальных очистных сооружениях, а затем, как правило, подвергаются очистке на общегородских станциях аэрации совместно с бытовыми сточными водами. С целью контроля за сбросами промышленных сточных вод в водоемы для предприятия устанавливают нормативы мощности сброса – предельно допустимый сброс (ПДС). Предельные допустимые сбросы устанавливают на основании гигиенических требований и нормативов качества воды. Величины ПДС предприятий на данной территории должны быть заложены в информационную базу мониторинга геологической среды данной территории и корректироваться в ходе мониторинга. При разработке месторождений полезных ископаемых с использованием средств гидромеханизации формируются специфические техногенные массивы из намывных грунтов, образующих упорные призмы, а также гидроотвалы и хвостохранилища. Намывной массив представляет собой сложную изменяющуюся во времени систему, для обеспечения устойчивости которого, установления закономерностей изменения его состояния и разработки управляющих решений и рекомендаций по рациональной технологии его формирования организуется локальный и детальный мониторинг – литомониторинг намывного массива. Его организация проводится аналогично организации литомониторинга горнодобывающего комплекса. На первом этапе проводится оценка фонового состояния системы геологическая среда – намывной массив. Анализируют основные группы факторов: физико-географические (рельеф, климат, поверхностные воды), инженерно-геологические (геологическое строение основания и тела сооружения, состав и свойства пород), гидрогеологические (обводненность основания, наличие водоносных горизонтов, условий питания и разгрузки, эффективность дренажных устройств в намываемом массиве). Проводят также анализ технологических факторов (методы гидровскрышных работ или переработки минерального сырья, способы возведения дамб и намыва, интенсивность намыва, динамические и статические нагрузки). Влияние этих факторов носит комплексный характер.

На втором этапе осуществляется выбор методов, позволяющих контролировать состояние системы намывной массив – геологическая среда в любой момент времени. На третьем этапе выполняется организация наблюдений, их систематическое проведение и обработка результатов. Четвертый этап заключается в установлении закономерностей изменения и прогнозе состояния системы. На пятом этапе используются результаты прогноза состояния системы для корректировки проектных решений по их формированию. По указанной схеме осуществляется мониторинг других природно-технических систем в районах горно-химического производства, территорий ТЭЦ и золоотвалов, рудников, карьеров и разрезов.

Нефтяная и газовая промышленность. Основными свойствами геологической среды нефтегазовых месторождений, которые надо учитывать при организации мониторинга, является присутствие в разрезе двух несмешивающихся жидкостей – нефти и подземных вод, а также существенное влияние на горные породы жидких и газовых углеводородных компонентов. Главная особенность в нефте- и газодобывающих комплексах состоит в техногенной нагрузке на геологическую среду, когда происходит взаимодействие процессов отбора из недр полезных компонентов. Одним из воздействий, оказываемых на геологическую среду в районах нефтяных и газовых месторождений, а также нефтеперерабатывающих предприятий, является химическое загрязнение следующих основных видов: углеводородное загрязнение; засоление пород и подземных вод минерализованными водами и рассолами, получаемыми попутно с нефтью и газом; загрязнение специфическими компонентами, в том числе сернистыми соединениями. Загрязнение пород, поверхностных и грунтовых вод часто сопровождается истощением естественных запасов подземных вод. В некоторых случаях истощению могут подвергаться и поверхностные воды, используемые для заводнения нефтяных пластов. В морских условиях возрастает масштаб угрозы загрязнения акваторий как искусственными (реагенты, применяемые при бурении и эксплуатации скважин), так и естественными загрязнителями (нефть, рассолы). Основная причина химического загрязнения на нефтяных месторождениях – низкая культура производства и несоблюдение технологий. Поэтому в наблюдательной сети мониторинга геологической среды районов нефтегазовых месторождений

одна из основных нагрузок падает на геохимические наблюдения, контроль загрязнений. При локальном загрязнении геологической среды нефтью и жидкими углеводородами от мелких источников загрязнения (нефтяных скважин, нефтехранилищ, складов горюче-смазочных материалов, АЗС, автобаз) образуется ареал нефтяного загрязнения. В процессе формирования ареала загрязнения углеводородами, кроме того, формируются абиотическая и биотическая зоны. В биотической зоне протекают основные биохимические процессы деструкции нефтяных углеводородов, которые находятся как в эмульгированном, так и в растворенном состоянии. В эмульгированном слое преобладают восстановительные условия, которые сменяются окислительными в зоне миграции растворенных углеводородов, где развиваются в основном микроорганизмы из числа анаэробов и факультативных анаэробов. В окислительных условиях биодеструкция углеводородов осуществляется аэробными микроорганизмами. При биодеструкции углеводородов выделяется в основном метан, углекислый газ и сероводород. Указанные особенности ареалов нефтяного загрязнения необходимо учитывать при организации наблюдательной сети мониторинга. Среди физических нарушений геологической среды в районах нефте- и газодобычи следует отметить проявления просадок, оседаний и провалов земной поверхности, а также подтоплений. Возможное развитие этих негативных инженерно-геологических процессов также должно являться предметом изучения в системе мониторинга геологической среды. Специфика изменений геологической среды на нефтегазовых месторождениях вызывает необходимость использования в наблюдательной сети мониторинга и специфических методов, позволяющих контролировать изменения и различные процессы, происходящие на больших глубинах. Вследствие этого среди методов наблюдений в сети мониторинга наибольший удельный вес составляют различные геофизические и дистанционные методы. Мониторинг районов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности должен быть комплексным, учитывающим способы добычи полезных ископаемых и их переработки, а также особенности изменений геологической среды, и охватывать все системы объектов наблюдения, контроля и управления.

3.4. Мониторинг районов гидротехнических сооружений

Гидротехнические сооружения вносят существенные изменения в окружающую природную и геологическую среду. Поэтому организация систем мониторинга на территориях, прилегающих к гидротехническим сооружениям, является актуальной задачей. В России выполняемые наблюдения за процессами взаимодействия строящихся и построенных гидротехнических сооружений с геологической средой не носят системного характера, а использование их результатов для установления закономерностей развития такого взаимодействия и совершенствования научного прогнозирования неудовлетворительно. При организации мониторинга геологической среды в районах крупных гидротехнических сооружений в первую очередь необходимо учитывать их конструктивные особенности и размещение. Гидротехнические сооружения (гидроузлы) состоят, как правило, из комплекса сооружений: энергетических (ГЭС), транспортных (каналы, водоводы, шлюзы). При комплексном использовании рек в состав гидроузлов входят также и различные вспомогательные сооружения (перемычки, дороги, ЛЭП, жилищные поселки). Особенности изменений геологической среды районов гидротехнических сооружений определяются инженерно-геологическими условиями территорий и типом гидротехнического сооружения. Строительство ГЭС с водонапорными или водоудерживающими плотинами всегда связано с созданием водохранилищ. Местоположение створа плотины выбирают с учетом многих условий, среди которых одно из первостепенных состоит в том, чтобы при равных положениях нормального подпорного уровня воды у плотины ограничить до минимума площадь затопления и подтопления прилегающих к водохранилищу территорий, населенных пунктов. Зона влияния водохранилища пропорциональна размеру площади его зеркала воды. Наиболее крупные водохранилища образуются при строительстве ГЭС на равнинных реках. Так, площадь Рыбинского водохранилища на Волге составляет 4,6 тыс.км2, Куйбышевского – 5,6 тыс.км2, Волгоградского – 3,5 тыс. км2. Для различных крупных гидротехнических сооружений область техногенного воздействия на геологическую среду начинает формироваться уже на начальных этапах строительства. Область взаимодействия построенной плотины и массива горных пород охватывает больший объем пород, чем в период строительства гидротехнического сооружения. При этом нельзя рассматривать воздействие только одной плотины на массив пород, не учитывая одновременно воздействия на него и водохранилища. Воздействие на массив горных пород оказывают совместно плотина, масса воды в водохранилище, фильтрационный поток в обход примыканий и в основании плотины, подтопление склонов долины, взвешивающее воздействие воды. Общая зона воздействия будет определяться наложением, или взаимодействием, зон разуплотнения-уплотнения пород, областью колебания естественных и искусственных уровней подземных вод, зоной возможных фильтрационных деформаций, зоной ослабления устойчивости склона. При организации мониторинга в районах крупных гидротехнических сооружений основными общими задачами исследований являются определение границ области влияния сооружений на геологическую среду; выявление участков, активно реагирующих на техногенное воздействие гидротехнических сооружений; установление основных причин, изменяющих свойства и состояние пород в области их взаимодействия с сооружением. Изучают также влияние различных факторов на природу  сооружений или условий производства строительных работ, вырабатывают критерии безопасности работы, проводят контроль природных и техногенных процессов, прогноз и предупреждение опасных геодинамических процессов. В зоне влияния водохранилищ возникает комплекс неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений, которые должны быть в центре внимания наблюдательной сети мониторинга. Среди них необходимо выделить следующие процессы: затопление территорий городов, населенных пунктов, дорог, сельскохозяйственных площадей; продолжительное затопление территорий в периоды половодий и паводков, подтопление территорий и расположенных на них сооружений в результате развития подпора уровня подземных вод; заболачивание территорий, а в районах недостаточного увлажнения – засоление почв и грунтов в результате подпора подземных вод; переливы через низкие водоразделы, вызывающие периодические затопления, заболачивание низких территорий; подмыв, разрушение берегов и их переработка под действием ветровых волн; повышение сейсмической активности территорий в связи с искусственным обводнением горных пород в верхних горизонтах земной коры (особенно в горноскладчатых областях). При организации мониторинга геологической среды необходимо учитывать изменения, которые происходят в массиве горных пород, прежде всего в основании плотины и гидротехнических сооружений при их строительстве и эксплуатации. Геологические процессы в горных породах связаны с изменением напряженного состояния пород основания температурным режимом пород; с фильтрационными деформациями зданий и сооружений ГЭС вследствие возможной активизации карстовых процессов, эрозии. Развитие карста с образованием крупных провальных форм отмечалось для каскада ГЭС в районе Ангары на расстоянии 0,5 – 1 км от берега водохранилищ, а в редких случаях – на расстоянии до 8 км от берега. Общая площадь пораженности карстовыми процессами в районе Братского водохранилища превышает 460 км2. По данным долгосрочных наблюдений за изменением свойств пород скального основания арочной плотины Ингурской ГЭС, установлено, что в период строительства плотины существенное уплотнение пород происходило до глубин 50–80 м. После наполнения водохранилища уплотнение пород зафиксировано до 500–800 м, а для плотины до 250 м. Лучше изучены глубина зоны сжатия и ее конфигурация в основании плотин, построенных на глинистых грунтах. О степени сжатия пород можно, как известно, судить по осадкам поверхности земли. Так, на участке плотины Волжской ГЭС, возведенной на глинах, воронка осадки распространилась на 0,6–0,7 км в стороны от сооружения. Работы по оценке глубины зоны сжатия пород в основании плотины показали, что за 16 лет эксплуатации породы ниже глубины 30–37 м не претерпели изменений плотности или влажности. Наблюдения на Саратовской ГЭС свидетельствуют о том, что глубина зоны влияния распространяется на 50 м. Детальные геофизические наблюдения показывают, что фактические перемещения поверхности под нагрузкой от водохранилищ, как правило, незначительны: поперечник воронки оседания обычно менее 10 км, а максимальная осадка менее 10 см. Важнейшая особенность формирования указанных изменений геологической среды, которая должна учитываться при организации мониторинга, – их длительность. Например, на большинстве волжских водохранилищ установившийся режим подземных вод в зоне их влияния сформировался только через 5–10 лет, а подпор грунтовых вод распространился на расстояния до 10–15 км (за исключением зоны влияния Каховского водохранилища). Ежегодные сезонные колебания уровня воды в водохранилище на 2–3 м сказываются на режиме уровней грунтовых вод на расстоянии до 300–700 м для песчаных и супесчаных грунтов, на расстоянии до 150–250 м – для суглинистых пород. Оценка подтопляемости территорий при организации сети мониторинга проводится в соответствии с действующими нормативными и методическими документами. Влияние подтопления на территории характеризуется глубиной залегания грунтовых вод. Выделяют следующие подзоны: 1) подзона сильного подтопления или заболачивания (глубина залегания грунтовых вод от 0 до 0,3–0,7 м; содержание воды в почвах и грунтах 70–100% полной влагоемкости); 2) подзона умеренного подтопления (глубина залегания грунтовых вод от 0,3–0,7 до 1,2–2,0 м); 3) подзона слабого подтопления (грунтовые воды залегают на глубине от 1,2–2,0 до 2–3 м в гумидных условиях и до 5 м – в аридных). Зона влияния измененного гидрологического режима в нижних бьефах гидроузлов сезонного и многолетнего регулирования распространяется на несколько сотен километров вниз по течению реки, при суточном регулировании – на 80–100 км. Для крупных гидротехнических сооружений, построенных как в равнинных, так и в горных областях, зона изменения свойств горных пород распространяется в среднем на глубины до 50–100 м, а в плане прослеживается на расстояния до 1 км от сооружения. Для ликвидации перечисленных опасных и неблагоприятных процессов в зонах водохранилищ проводят защитные мероприятия: создают системы инженерной защиты территорий, главным образом от процессов подтопления. С этой целью возводят дамбы обвалования, проводится подсыпка или намыв территорий, возводятся берегоукрепительные сооружения, строится система дренажей, дополнительных каналов. Все эти объекты обязательно должны включаться в наблюдательную сеть мониторинга геологической среды, так как они располагаются на участках наибольшего техногенного влияния гидроузла на геологическую среду. Во многих районах на таких объектах, как и на самих ГЭС, организованы режимные наблюдения. Они также должны включаться в систему мониторинга. Таким образом, основными факторами, которые необходимо учитывать при создании систем мониторинга геологической среды районов гидротехнических сооружений, являются: учет типа сооружений и особенностей инженерно-геологических условий территорий; организация мониторинга на весь каскад взаимосвязанных гидроузлов; учет особенностей различных зон техногенного влияния гидроузла при организации наблюдательной сети; учет и включение в структуру мониторинга системы инженерной защиты и режимной сети.

3.5. Мониторинг и оценка загрязненности почвы

Для решения задач сохранения почвы, осуществления гигиенических и природоохранных мероприятий проводят мониторинг и ранжирование почв по степени опасности их загрязнения химическими веществами. На основании мониторинга и ранжирования осуществляют комплексные мероприятия по охране почв и рекультивации земель, при разработке схем районной планировки, гигиенической оценке почв в районах урбанизации.

Результаты гигиенических исследований почв, загрязненных тяжелыми металлами, нефтепродуктами и другими веществами позволили разработать методику оценки загрязнения почвы вредными веществами по уровню возможного воздействия на системы «почва – растение», «почва – микроорганизмы, биологическая активность», «почва – грунтовые воды», «почва – атмосферный воздух» и опосредованно на здоровье человека.

С гигиенических позиций опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и опосредованно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в почве – комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве. ПДК отражают все возможные пути опосредованного воздействия загрязнителя на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. Каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания веществ по каждому показателю вредности. Оценку опасности загрязнения почв проводят с учетом специфики источников загрязнения, приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве классом опасности, характером землепользования. При отсутствии возможности учета всего комплекса химических веществ, загрязняющих почву, оценку осуществляют по токсичным веществам, относящимся к более высокому классу опасности.

В случае отсутствия в приведенных документах класса опасности химических веществ, приоритетных для почв обследуемого района, их класс опасности может быть определен по индексу опасности. Отбор проб почвы, их хранение, транспортировка и подготовка к анализу осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02–84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа». При оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать, что опасность загрязнения тем больше, чем больше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве (С) превышают ПДК. Опасность загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опасности (К0) превышает 1: K0= C/ПДК. Оценка опасности загрязнения должна проводиться с учетом буферной способности почвы, влияющей на подвижность химических элементов. Буферная способность почвы определяет воздействие вредных веществ на микроорганизмы, растения, животных, человека. Чем меньшими буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет ее загрязнение химическими веществами. Следовательно, при одной и той же величине К0 опасность загрязнения будет больше для почв с кислым значением рН, меньшим содержанием гумуса и более легким механическим составом. Например, если К0 вещества оказались равными в дерновоподзолистой супесчаной почве, в дерновоподзолистой суглинистой почве и черноземе, то в порядке возрастания опасности загрязнения почвы могут быть расположены в следующий ряд: чернозем < суглинистая дерновоподзолистая почва < супесчаная дерновоподзолистая почва.

Под «буферностью почвы» понимается совокупность свойств почвы сохранять ее параметры на одном уровне, определяющих ее барьерную функцию.

Предлагаются различные оценки опасности загрязнения почв населенных пунктов и почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений. Основой оценки опасности загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений, является транслокационный показатель вредности, являющийся важнейшим показателем при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает около 70 % вредных химических веществ. Уровень транслокации определяет уровень накопления вредных веществ в продуктах питания, влияет на их качество. Существующая разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют также дать рекомендации по практическому использованию загрязненных территорий.

Пример. Почвы территории загрязнены никелем, содержание подвижных форм которого составляет в первой 20 мг/кг (1) и во второй – 5 мг/кг (2). Почва (1) должна быть отнесена к категории «чрезвычайно высокого» загрязнения, так как уровень содержания никеля превышает допустимые уровни содержания этого элемента по всем показателям вредности: транслокационному, миграционному водному и общесанитарному. Такая почва может быть использована только под технические культуры или полностью исключена из сельскохозяйственного использования.

Почва (2) может быть отнесена к категории «умеренно загрязненной», так как содержание никеля (5 мг/кг) превышает его ПДК

(4 мг/кг), но не превышает допустимого уровня по транслокационному показателю вредности (6,7 мг/кг). В этом случае почва может быть использована под любые сельскохозяйственные культуры при одновременном осуществлении мероприятий по снижению уровня содержания никеля. Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами, основана на категории загрязненности почв.

1. Допустимая категория.

Содержание химических веществ в почве превышает фоновое, но не выше ПДК. Почва используется под любые культуры.

2. Умеренно опасная категория.

Содержание химических веществ в почве превышает ПДК по лимитирующему, общесанитарному, миграционному водному и воздушному показателяю вредности, но ниже допустимого уровня по транслокационному показателю. Такую почву используют под любые культуры при условии контроля качества сельскохозяйственных растений.

3. Высоко опасная категория.

Содержание химических веществ в почве превышает ПДК по лимитирующему транслокационному показателю вредности. Почву используют под технические культуры. Использование под сельскохозяйственные культуры ограничено с учетом растенийконцентраторов.

4. Чрезвычайно опасная категория.

Содержание химических веществ превышает ПДК по всем показателям вредности. Возможно использование под технические культуры. Почву следует полностью исключить из сельскохозяйственного использования. Рекомендуется создание защитных полос. Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы, ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха, значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха. Необходимость учета безопасности почвы населенных пунктов обусловливается тем, что с увеличением химической нагрузки возрастает эпидемическая опасность почвы. В загрязненной почве на фоне уменьшения представителей почвенных микробиоценозов (антагонистов патогенной кишечной микрофлоры) и снижения ее биологической активности отмечается увеличение патогенных энтеробактерий и геогельминтов, которые были более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при воздействии на человека важна при играх детей на загрязненных почвах. Такая оценка разработана по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу – свинцу, содержание которого в почве, как правило, сопровождается увеличением содержания других элементов. Содержание свинца в почве игровых площадок на уровне 500 мг/кг способствует изменению психоневрологического статуса детей. По данным изучения распределения в почве некоторых металлов – наиболее распространенных индикаторов загрязнения городов, может быть дана ориентировочная оценка опасности загрязнения атмосферного воздуха. Так, при содержании свинца в почве, начиная с 250 мг/кг, в районе действующих источников загрязнения наблюдается превышение его ПДК в атмосферном воздухе (0,3 мкг/м3), при содержании меди в почве, начиная с 1500 мг/кг, наблюдается превышение ее ПДК в атмосферном воздухе (2,0 мкг/м3). Оценку уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводят по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (Кс), который определяется отношением его реального содержания в почве (С) к фоновому значению (Сф):