авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Оценка экологического риска последствий загрязнения поверхностных вод с использованием материалов дистанционного зондирования

-- [ Страница 2 ] --

Анализ современных методов дистанционного зондирования показывает, что их возможности позволяют оперативно идентифицировать ареалы загрязнения водной среды. Факторами загрязнения, наиболее распознаваемыми методами дистанционного зондирования являются: продукты нефти на поверхности, мутность воды взвесями, наличие и плотность хлорофилла, температурные аномалии. При этом основными признаками отображения на аэрокосмических снимках состояния водных объектов являются: изменение оптических характеристик толщи воды, изменение гидродинамических параметров водной среды, изменение свойств пленки поверхностно-активных веществ, изменение физико-химических характеристик водной среды, изменение спектральных характеристик отображения на снимках.

Определены преимущества дистанционного зондирования как метода идентификации загрязняющих компонентов поверхностных вод:

  • обзорность;
  • масштабность решаемых задач;
  • значительная дешевизна получения данных по идентификации поллютантов по сравнению с другими методами;
  • способность быстро получать и передавать данные с борта летательного аппарата по специальным каналам связи для оперативного принятия управленческих решений;
  • адекватность и документальность полученных данных.

Однако, каждый метод дистанционного зондирования обладает ограниченной областью применимости. Точность и информативность данных о загрязнении поверхностных вод увеличивается при совместном применении нескольких методов дистанционного зондирования, дополняющих друг друга. Эффективность идентификации поллютантов в водных средах методами дистанционного зондирования во многом определяется результатами тестирования элементов распознавания непосредственно на объекте исследования.

Глава 3. Факторы экологической опасности загрязненных поверхностных вод

Опасность химического вещества определяется химическим строением, физико-химическими свойствами, особенностями поведения в окружающей среде и организме человека, механизмом взаимодействия с чувствительными биоструктурами.

С увеличением объемов загрязнения поверхностных вод в последнее время существующий метод вычисления индекса опасности стал не в полной мере отражать опасность загрязненных вод, т.к. он не учитывает нарастание биологического эффекта, возникающего при повышении концентрации загрязняющих веществ в водоеме. Поэтому в данной работе на основе анализа загрязненности поверхностных вод РФ и установления тенденции роста концентрации поллютантов в поверхностных водах основных водных объектов РФ определена необходимость выбора наиболее опасных поллютантов водных сред с учетом нарастания поражающего эффекта воздействия поллютантов на здоровье людей при повышении концентрации загрязнения водного объекта.

В работе разработана методика определения приоритетности поллютантов поверхностных вод, в основу которой положен принцип реализации экспоненциального закона, характеризующего динамику нарастания поражающего эффекта при контакте с токсикантом.

В качестве оценочных показателей опасности поллютанта для определенного водоема предлагается использовать коэффициент приоритетности поллютанта, который можно выразить в виде формулы:

, (1)

где - весовой коэффициент, отражающий долю вклада каждого загрязнителя в общий объем негативного воздействия поллютантов на рассматриваемый водный объект;

- коэффициент биодоступности, характеризующий свойства поллютанта входить в контакт с объектом воздействия;

- экспонента, описывающая зависимость биологического эффекта действия поллютанта на здоровье человека от роста концентрации данного поллютанта в водном объекте;

- концентрация оцениваемого поллютанта;

- ПДК оцениваемого поллютанта.

Предлагаемая методика определения приоритетных поллютантов водных сред позволяет проводить сепарацию загрязняющих компонентов водного объекта по объему и токсичности загрязнения, что позволяет выявлять наиболее опасные поллютанты поверхностных вод, представляющие наибольшую угрозу здоровью населения на рассматриваемой территории. Значимость определения приоритетных поллютантов растет с увеличением разнообразия и масштабов загрязнения водной среды, особенно это проявляется при оценке состояния масштабных водных объектов: крупные водохранилища, озера и реки.

Глава 4. Оценка экологического риска последствий загрязнения поверхностных вод

Последние достижения в области оценки риска состояния окружающей среды в основном описывают технологии определения величин ущерба состоянию здоровья населения от воздействия поллютантов воздушной среды. Оценка риска состояния водных сред имеет ряд особенностей, которые на сегодня затрудняют решение этой задачи.

В целях восполнения этого пробела в оценке экологического риска последствий загрязнения водных сред в работе, на основе существующей методологии оценки риска, разработана методика оценки риска для поверхностных вод с использованием комплексного метода идентификации поллютантов по материалам контактной индикации и дистанционного зондирования.

Логическая структура алгоритма оценки экологического риска последствий загрязнения поверхностных вод впервые представляет законченный вариант целостной методики решения задач по определению вероятностного ущерба здоровью населения от воздействия загрязненных вод водоема. Алгоритмическая схема оценки экологического риска водных объектов, обусловленных загрязнением их поллютантами, показана на рис. 3.

Миграционные процессы

Стойкость поллютанта

Седиментация

Рис. 3. Схема оценки экологического риска последствий загрязнения поверхностных вод

Опираясь на схему оценки экологического риска последствий загрязнения поверхностных, была разработана методика оценки экологического риска загрязнения водного объекта с использованием материалов дистанционного зондирования (рис. 4).

Методика состоит из шести последовательных этапов.

Первым этапом является получение и обработка данных дистанционного зондирования. Результатом данного этапа является выявление проблемных участков водного объекта, местонахождения сбросов сточных вод, в том числе несанкционированных, а также других зон с повышенной антропогенной нагрузкой. На сегодняшний день большинство поллютантов водной среды выявляются методами дистанционного зондирования скорее по косвенным признакам, таким как: изменение цвета воды, температурных показателей, наличие слоев повышенной мутности, наличие взвешенных частиц, наличие в водном объекте автотрофного загрязнения. В связи с этим полученные результаты оценки данных дистанционного зондирования для увеличения точности оценки необходимо подтверждать и дополнять методами контактной индикации.

Рис. 4. Методика оценки экологического риска загрязнения водного объекта с использованием материалов дистанционного зондирования

Вторым этапом предлагаемой методики оценки экологического риска является контактная индикация. На выявленных участках повышенной антропогенной нагрузки исследуемого водного объекта, основываясь на результатах оценки загрязнения водного объекта с использованием материалов дистанционного зондирования, проводятся отборы проб воды. В данных пробах при помощи физико-химических методов уже с высокой точностью идентифицируются поллютанты и их присутствующие концентрации.

После получения списка присутствующих в водном объекте поллютантов и их концентраций необходимо перейти к третьему этапу – оценке неопределенностей. Неопределенностями, влияющими на полученные результаты, являются, в части поведения поллютанта в водной среде: горизонтальные и вертикальные течения, гидролиз, температура воды и т.д., а также погрешности при измерении и неточности при индикации и зондировании.

В исследуемом водном объекте могут присутствовать сотни различных поллютантов, каждый из которых может представлять опасность для здоровья и жизни людей. Осуществлять расчет экологического риска, учитывая все присутствующие в водном объекте загрязняющие вещества представляет собой трудоемкий процесс и при этом не является необходимым, в связи с тем, что на качество воды наибольшее влияние зачастую оказывает лишь несколько веществ – приоритетных поллютантов для рассматриваемого водного объекта. Для получения перечня приоритетных загрязняющих веществ необходимо прибегнуть к четвертому этапу методики оценки экологического риска – оценке приоритетности поллютантов по вышеизложенной методике.

Пятым этапом является оценка вероятностных показателей реализации эффекта токсического (канцерогенного) воздействия. В определенном диапазоне доверительности устанавливается вероятностный ущерб от воздействия поллютантов, рассеянных в водной среде с учетом всех неопределенностей, связанных с физико-химическими, метеорологическими и прочими условиями поведения веществ в данном месте и в данное время, а также с проявлением их токсического (канцерогенного) эффекта на здоровье человека.

Завершающим, шестым этапом методики является итоговый расчет. На этом этапе определяется величина экологического риска с учетом наличия приоритетных поллютантов и их плотностей распределения в определенных участках водоема (зонах). При помощи методов математической статистики производится количественная оценка эмпирически установленных связей. В результате математически получают количественные показатели риска для здоровья, обусловленного воздействием на человека (популяцию) техногенных сбросов в водную среду для определенных зон рассматриваемого водного объекта.

Математически, риск для здоровья, обусловленный воздействием на человека (популяцию) техногенных сбросов в водную среду, определяется:

(2)

где - вероятность реализации токсического (канцерогенного) эффекта;

- показатель ущерба здоровью.

Экологический риск от загрязнений водной среды по показателю здоровья математически может быть определен, как:

(3)

где - добавочная вероятность проявления ущерба здоровью, связанная с неопределенностью поведения поллютантов в водной среде, определяемая как произведение частных (разнородных) вероятностей:

(4)

где , , , …, - вероятности, характеризующие неопределенности, связанные с физико-химическими, метеорологическими и прочими условиями поведения рассеянных веществ в водной среде в данном месте и в данное время.

На основе анализа статистических данных из Государственных докладов о состоянии окружающей среды, и о санитарно-эпидемиологической обстановке в РФ, а также из материалов научных конференций, публикаций РАН, представляется возможным в определенном диапазоне доверительности установить вероятности реализации токсического (канцерогенного) эффекта водных поллютантов на здоровье человека. Их значения:

  1. Вероятность распространения поллютантов во взвешенном состоянии в пределах естественной циркуляции водных масс во всем объеме водного объекта может составить .
  2. Вероятность стойкости поллютанта в водных средах с сохранением своей токсичности в пределах .
  3. Вероятность контакта человека с загрязненной водой .
  4. Вероятность реализации токсического эффекта поллютанта, при контакте с ним, составляет .
  5. Вероятность диффузного переноса поллютантов с поверхности воды в атмосферный воздух .

Логическим завершением оценки экологического риска является управление экологическим риском, состоящее из сравнительной оценки и ранжирования экологических рисков, определения приемлемости экологического риска, выбора стратегии снижения и контроля экологического риска и принятия управленческих решений, направленных на устранение и минимизацию рисков при ограничениях на затраты времени и ресурсов.

Глава 5. Оценка экологического риска загрязнения водоема на примере Цимлянского водохранилища

Практическое применение предлагаемой методики оценки экологического риска последствий загрязнения поверхностных вод с использованием материалов дистанционного зондирования, рассмотренное на примере Цимлянского водохранилища, показало ее применимость и достаточно высокую корректность по результатам расчетов.

На примере отдельно рассмотренного водоема показана целесообразность использования данных дистанционного зондирования при оценке антропогенного воздействия на водные объекты.

Путем обработки космоснимков одной и той же территории Цимлянского водохранилища, полученных за разные годы, выявлены участки увеличения автотрофного загрязнения водоема (рис. 5). Пример исходного снимка представлен на рис. 5-А.

Первоначально снимки привязывались друг к другу в программе ENVI версии 4.3. Далее работа со снимками осуществлялась в программе Erdas Imagine версии 9.1. Снимки обрезались, на них выделялись основные области интереса. Фрагмент снимка после геометрической и яркостной коррекции представлен на рис. 5-Б.

А Б В Г

Рис. 5. Обработка снимков юго-западной части Цимлянского водохранилища

В дальнейшем производилось вычитание изображений в каждом из четырех спектральных каналов. В качестве примера на рис. 5-В представлен результат вычитания изображений для второго спектрального канала в спектральном диапазоне 0,52 – 0,60 мкм.

Полученные в результате вычитания изображения классифицировались, результат классификации изображения представлен на рис. 5-Г. В представленном спектральном диапазоне, а это видимый зеленый, наиболее четко определяется состояние растительности. В данном случае участки снимка, обозначенные оттенками сиреневого цвета, представляют собой те участки Цимлянского водохранилища, на которых за рассматриваемые годы увеличилось количество сине-зеленых водорослей, возбудителей «цветения» воды.

Полученные данные подтверждаются результатами биомониторинга водохранилища, проводимого ФГУ «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища».

Выявленные в результате дешифрирования космических снимков участки водохранилища в районе г.Волгодонска с наибольшей антропогенной нагрузкой совпали с местонахождением водостоков ливневой канализации. Основываясь на выявленном изменении оптических характеристик толщи воды, построена карта-схема зон распространения поллютантов, в дальнейшем расчет экологического риска последствий загрязнения Цимлянского водохранилища осуществлялся для данных зон (рис. 6). Результат классификации изображении – рис. 6-А. Белые многоугольники на изображении – это слой, маскирующий облака.

А Б В

Рис. 6. Построение карты-схемы зон распространения поллютантов

В результате данной классификации выделены участки водохранилища с наибольшей антропогенной нагрузкой, обозначенные красным цветом, и далее при уменьшении загрязнения – желтым и зеленым цветом. Участки с наиболее чистой водой обозначены сиреневым цветом. Выявленные при помощи данных дистанционного зондирования участки повышенного загрязнения вод приходятся на местонахождения водостоков ливневой канализации г. Волгодонска. Фрагмент схемы магистральных сетей ливневой канализации г. Волгодонска показан на рис. 6-Б.

Основываясь на выявленном изменении оптических характеристик толщи воды, построена карта-схема зон распространения поллютантов – рис. 6-В. В дальнейшем расчет экологического риска последствий загрязнения Цимлянского водохранилища будет вестись для данных зон.

По разработанной методике оценки приоритетности поллютантов вычислены коэффициенты приоритета поллютантов, присутствующих в водохранилище, выявлено, что приоритетными загрязняющими веществами Цимлянского водохранилища являются сульфаты и марганец.

Основываясь на полученных данных о приоритетности поллютантов водоема, учитывая показатели неопределенности в контакте данных поллютантов с человеком, вычислена величина экологического риска для выявленных по материалам дистанционного зондирования и тестовых измерений зон распространения поллютантов, которая составила 1,710-6 смертей/год. Данный риск является условно приемлемым, уровень которого допустимым, однако выше желательной величины риска, которая не должна превышать 110-6 смертей/год. Реализация эффекта токсического действия поллютантов в водоеме наиболее вероятна в летние месяцы года в районе прибрежной зоны балки Сухосоленой г. Волгодонска.

Заключение

Материалы научных исследований, представленные в диссертационной работе раскрывают основные пути решения научной проблемы развития методов оценки риска загрязнения поверхностных вод с использованием материалов дистанционного зондирования, позволяющих выявлять степень влияния данного загрязнения на здоровье и качество жизни населения.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.