Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Г.М. Батракова, Е.С. Белик, И.Н. Швецова МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ Конспект лекций Утверждено Редакционно-издательским советом университета Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета 2012 УДК 504.064.36+504.4+504.05 Б28 Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Б.Е. Шенфельд (ФГБУ УралНИИ «Экология»); д-р техн. наук, профессор А.А. Кетов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет) Батракова, Г.М. Б28 Мониторинг безопасности : конспект лекций / Г.М. Батракова, Е.С. Белик, И.Н. Швецова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 306 с. ISBN 978-5-398-00906-4 Представлены основы теории и практики мониторинга и прогнозирования изменений природной среды под влиянием природных и техногенных факторов риска. В модульной структуре пособия рассмотрены принципы организации наблюдений с учетом масштаба и дифференциации природных сред, приоритета определения факторов риска, особенностей отбора проб, возможностей методов наблюдений и технических средств контроля (измерений). Даны примеры организации регулярных наблюдений, способы сбора и обобщения информации о факторах и источниках опасности, отдаленных экологических последствиях. Предназначено для студентов и магистрантов, обучающихся по направлению 280700 «Техносферная безопасность», а также студентов технических специальностей для самостоятельного изучения дисциплин экологического цикла и подготовки выпускных квалификационных работ. УДК 504.064.36+504.4+504.05 Издание подготовлено в рамках приоритетного направления развития Пермского национального исследовательского политехнического университета «Урбанистика». ISBN 978-5-398-00906-4 ПНИПУ, 2012 СОДЕРЖАНИЕ Модуль 1. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ РИСКА И УЯЗВИМОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Тема 1. ВИДЫ НАБЛЮДЕНИЙ, ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ .................................................................................... 1.1. Мониторинг безопасности: терминология, определения, основные задачи, классификация видов деятельности ................... 1.2. Системы мониторинга в РФ ............................................................. Тема 2. НОРМАТИВНО-ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В ТЕХНОСФЕРЕ И ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА ............................................ Тема 3. СБОР ИНФОРМАЦИИ И ФОРМИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ О ФАКТОРАХ РИСКА........................................... 3.1. Методические основы организации наблюдений............................ 3.2. Принципы формирования информационных ресурсов безопасности потенциально опасных объектов и территории ...... 3.2.1. Базы данных по авариям на промышленных объектах ......... 3.2.2. Формирование информационных ресурсов территориального уровня ........................................................ 3.3. Эколого-географическая характеристика территории с использованием ГИС-технологий.................................................. Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... 7 7 12 23 31 31 38 40 43 47 51 52 Модуль 2. МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ РИСКА И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА Тема 4. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ РИСКА.......................................................................... 4.1. Землятресения..................................................................................... 4.2. Цунами ............................................................................................... 4.3. Наводнение ........................................................................................ 4.4. Снежная лавина ................................................................................. 4.5. Снежная буря...................................................................................... 4.6. Неблагоприятные метеоусловия для рассеивания выбросов ......... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... Тема 5. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ И ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ .............. 53 55 62 69 76 80 85 89 90 92 3 5.1. Дистанционное зондирование Земли................................................ 5.2. ДЗЗ для оценки состояния лесных ресурсов и мониторинга пожаров ..................................................................... 5.3. ДЗЗ для оценки нефтезагрязнения акваторий морей и океанов и почвогрунтов территорий нефтедобычи ...................................... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... 92 104 109 115 115 Модуль 3. МОНИТОРИНГ ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ РИСКА И ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ Тема 6. РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ .............. 6.1. Характеристика радиационного воздействия .................................. 6.2. Виды и средства радиационно-экологического мониторинга........ 6.2.1. Мониторинг при штатном режиме работы АЭС.................... 6.2.2. Мониторинг аварийной ситуации ........................................... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... Тема 7. МОНИТОРИНГ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ ..................................................................... 7.1. Классификация и краткая характеристика АХОВ и СДЯВ ............ 7.2. Мониторинг химически опасного объекта ...................................... 7.2.1. Мониторинг при штатном режиме работы предприятия ...... 7.2.2. Обоснование программы мониторинга для оценки масштабов распространения аварии ....................................... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... Тема 8. МОНИТОРИНГ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ............................ 8.1. Нефть. Эколого-геохимические характеристики содержания нефтепродуктов ............................................................. 8.2. Общие рекомендации по организации экологического мониторинга при добыче нефти........................................................ 8.3. Мониторинг загрязнения воздушной среды, объектов гидросферы, почвенно-растительного покрова............................... 8.4. Мониторинг аварийных ситуаций .................................................... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... 121 121 126 126 142 148 149 151 151 159 159 167 171 172 173 173 178 183 207 210 211 Модуль 4. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ, СИСТЕМ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ Тема 9. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ............................................. 9.1. Полигоны ТБО.................................................................................... 9.1.1. Мониторинг состояния грунтовых вод и фильтрата.............. 4 212 212 212 9.1.2. Контроль за состоянием воздушной среды ............................ 9.1.3. Контроль за состоянием почвы................................................ 9.1.4. Контроль соответствия отходов, поступающих на полигон заявленной степени опасности ............................ 9.2. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов................................................. 9.2.1. Контроль герметичности экранов на полигонах по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов ................................................................... 9.2.2. Контроль химического состава дождевых и грунтовых вод....... 9.3. Объекты хранения радиоактивных отходов ............................................ 9.3.1. Образование и классификация радиоактивных отходов ............. 9.3.2. Общие требования к мониторингу безопасности при хранении твердых радиоактивных отходов (ТРО) ............... 9.3.3. Хранилища радиоактивных отходов .............................................. 9.3.4. Могильники ТРО ............................................................................... 9.4. Система мониторинга безопасности при оперативном режиме работы объектов размещения твердых отходов производства и потребления ...................................................................... 9.4.1. Мониторинг ЧС на полигонах ТБО................................................ 9.4.2. Мониторинг ЧС на объектах хранения твердых радиоактивных отходов..................................................... Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... Тема 10. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ .................................... 10.1. Объекты мониторинга и общие рекомендации по его организации .................................................. 10.2. Мониторинг безопасности накопителей жидких отходов ............ 10.2.1. Мониторинг безопасности инженерной защиты накопителей отходов............................................. 10.2.2. Контроль за санитарным состоянием территории .................. 10.2.3. Геодезический (маркшейдерский) контроль ..................... 10.2.4. Наблюдения за фильтрационным режимом и паровым давлением на сооружениях .............................. 10.2.5. Контроль уровня и качества воды в скважинах наблюдательной сети .......................................................... 10.2.6. Контроль соблюдения технологии заполнения и намыва ............................................................................... 10.2.7. Средства измерений ............................................................ 10.3. Система мониторинга безопасности накопителей отходов для нештатного режима работы ....................................... 10.4. Общие требования к системе мониторинга безопасности состояния водоподпорных ГТС (плотин)....................................... 216 217 218 220 223 224 225 225 227 228 229 230 230 233 234 235 237 237 240 242 243 244 244 245 246 246 248 251 5 10.4.1. Система мониторинга безопасности водоподпорных ГТС (плотин) в штатном режиме работы .......................... 10.4.2. Общие требования к системе прогнозирования возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС (плотинах) ................................... 10.4.3. Расчет волны прорыва при разрушении плотины............. Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... Тема 11. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ............................................... 11.1. Организация мониторинга качества питьевой воды в штатном режиме работы систем водоснабжения ....................... 11.1.1. Пространственная, временная и параметрическая структура контроля безопасности питьевого водоснабжения..................................................................... 11.1.2. Выбор показателей для контроля ....................................... 11.2. Мероприятия и требования к организации питьевого водоснабжения в нештатном режиме ............................................ 11.2.1. Возможные аварийные ситуации в системе питьевого водоснабжения.................................. 11.2.2. Порядок передачи информации при ЧС на СХПВ ........... 11.3. Актуальные проблемы безопасности питьевого водоснабжения мегаполиса ............................................................. Контрольные вопросы .............................................................................. Список литературы по теме...................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 1............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 2............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 3............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 4............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 5............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 6............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 7............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 8............................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 9............................................................................................. 251 254 258 264 265 266 268 268 271 272 272 281 282 286 287 288 290 291 293 294 295 296 300 305 Модуль 1 ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ РИСКА И УЯЗВИМОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Тема 1. ВИДЫ НАБЛЮДЕНИЙ, ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ 1.1. Мониторинг безопасности: терминология, определения, основные задачи, классификация видов деятельности В концепции устойчивого развития и сбалансированного природопользования большое внимание уделяется вопросам управления безопасностью и создания систем обеспечения экологической безопасности (рис. 1.1). Социально-экономическая ситуация и статистические данные о чрезвычайных ситуациях (ЧС) и авариях на промышленных объектах, имевших место на рубеже ХХ и XXI вв., доказывают необходимость межгосударственного и национального регулирования в области управления рисками и безопасностью, предупреждения аварий и ЧС, ликвидации их последствий и единой политики в области защиты населения и территорий. Оценка опасности, прогнозирование и масштабирование аварийной и/или чрезвычайной ситуации, как элементы управления риском, предполагают наличие информационной системы, которая предназначена накапливать, обобщать и предоставлять информацию о состоянии контролируемых объектов и факторах риска. Большое значение в обеспечении безопасности имеют контроль деятельности потенциально опасных производств и инженерной защиты на объектах повышенной опасности, меры защиты населения и территорий, мониторинг опасных факторов риска, характерных для территорий и прогнозирование аварийных и чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование – опережающее отражение вероятности возникновения, распространения фактора риска, сценариев развития аварии и ее последствий. Прогнозирование, как правило, может носить долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный или оперативный характер. В интересах анализа возможных причин возникновения аварий в прошлом и настоящем, выявления природы фактора риска, характера аварийной опасности природных явлений и техногенных источников ве7 дутся наблюдения. В общей системе мер, направленных на предупреждение, предотвращение или минимизацию опасности, для получения информации используют данные мониторинга. Рис. 1.1. Система обеспечения экологической безопасности Мониторинг [от англ. monitor – прибор (устройство) для наблюдения и (или) процесс постоянного контроля; monitory – предостерегающий, предупреждающий] – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза антропогенных изменений состояния окружающей природной среды. Мониторинг как система имеет следующие основные направления (рис. 1.2): • сбор информации путем регулярных наблюдений за факторами воздействия на окружающую среду; 8 • оценка фактического состояния окружающей среды; • прогнозирование изменений состояния компонентов природной среды и отклика экологических систем; • рекомендации по регулированию воздействия, предупреждения об опасностях, угрозах чрезвычайных ситуаций и обеспечение информационной поддержкой управленческих решений. Рис. 1.2. Блок-схема системы мониторинга (Ю.А. Израэль, 1984) Термин «мониторинг» в теории и практике защиты окружающей среды впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 г. в рабочих материалах Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5–16 июня 1972 г.). Экологический мониторинг является подсистемой комплексного мониторинга окружающей среды и включает в себя систему мероприятий по исследованию состояния окружающей среды под влиянием как природных, так и антропогенных факторов. Мониторингом принято считать длительные наблюдения в объектах окружающей среды с целью получения достоверной и объективной информации. В отличие от задач надзора и контроля, где важно выявить несоответствия, например, нарушение требований о допустимых нормативах воздействия, по результатам долговременных наблюдений выявляются тенденции изменений состояния объектов окружающей среды, подтверждаются или опровергаются теоретические прогнозы и оценочные характеристики. 9 Мониторинг безопасности направлен на решение следующих задач: 1. Выявление опасности природных факторов риска и опасных факторов, связанных с антропогенной деятельностью, прежде всего производственной. 2. Проведение регулярных наблюдений (измерений) уровней опасностей и показателей, характеризующих опасность. 3. Оценка уровня угроз и уязвимость территорий, в том числе определение неблагоприятных, катастрофических и отдаленных экологических последствий. 4. Определение степени опасности факторов риска и последствий реализованных аварийных и чрезвычайных событий для населения. В ряде случаев оценивается и эффективность мер, которые были предприняты для предотвращения или минимизации последствий аварий и природных катастроф. 5. Обеспечение информацией и оповещение о состоянии окружающей среды; предоставление оперативной информации по запросам заинтересованных лиц. Структура мониторинга безопасности различается: • по источникам опасности, за которыми осуществляется наблюдение; • оперативности получения информации о факторах воздействия; • средствам и методам наблюдений; • способам обработки и представления информации и др. В настоящее время предложено несколько классификаций подсистем мониторинга по целям и направлениям деятельности (И.П. Герасимов, В.А. Королев и др.). В сфере природной и техногенной безопасности выделяют мониторинг опасностей и воздействий, направленный на идентификацию техногенных опасностей с учетом возможных сценариев возникновения аварий и ЧС, и мониторинг опасных природных процессов и явлений, направленный на раннюю диагностику проявления природных явлений, прогноз их развития и перерастания в катастрофические. Классификация видов и направлений деятельности мониторинга безопасности (рис. 1.3) важна для понимания источников и инструментов сбора и отображения информации об опасностях в окружающей среде, в том числе рисков техногенной деятельности для урбанизированных территорий. 10 Наиболее информативной и представительной по числу и видам принимаемых во внимание объектов окружающей среды является система экологического мониторинга, которая охватывает геофизические и биологические аспекты. Экологический мониторинг включает в себя наблюдения природных и антропогенных изменений окружающей среды. Рис. 1.3. Классификация видов мониторинга 11 Результаты мониторинга и информация о процессах и явлениях в окружающей среде используются при анализе риска, идентификации опасности, для оценки вероятности проявления фактора риска. Кроме этого, без данных мониторинга невозможна оценка масштабов аварийных/чрезвычайных событий. Прогнозирование по данным мониторинга используется для определения вероятности проявления того или иного факторов риска, выявления возможных мест их возникновения и последствий для населения и окружающей среды. В этой связи важными требованиями к мониторингу являются системность, комплексный подход и унификация методов получения информации и ее обработки. Дополнительную ценность результатам мониторинга добавляют следующие возможности систем наблюдений: • получение данных в режиме реального времени; • накопление и систематизация результатов (формирование банков данных); • наглядность результатов при представлении и др.; • соблюдение международных принципов управления состоянием окружающей среды и экологической безопасностью. 1.2. Системы мониторинга в РФ В редакциях Федерального закона «Об охране окружающей среды» дается следующее определение [1,2]: «Государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды) – это комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов». Главной задачей единой системы государственного экологического мониторинга являются: непрерывные, регулярные наблюдения за состоянием окружающей среды; хранение, обобщение и анализ собранной информацией; своевременное выявление изменений, их оценка и прогноз. Определены и расширены полномочия федеральных органов, позволяющие им направлять другим ведомствам и хозяйствующим субъектам предложения о предотвращении негативного воздействия на окружающую среду, передавать контролирующим и правоохранительным органам сведения о нарушении установленных нормативов воздействия [2]. 12 Подсистемами государственного экологического мониторинга являются мониторинг атмосферного воздуха, земель, лесов, водных объектов, объектов животного мира, охотничьих ресурсов, уникальной экологической системы озера Байкал, континентального шельфа РФ, недр, исключительной экономической зоны РФ, внутренних морских вод и территориального моря РФ. Самостоятельной подсистемой мониторинга безопасности на территориальном и локальном уровнях можно считать мониторинг источников антропогенного воздействия на окружающую среду. Организация мониторинга в зоне влияния промышленных объектов, в первую очередь относящихся к категории потенциально опасных, необходима в целях получения объективной информации о состоянии окружающей среды, оценки уровня техногенной нагрузки, решения правовых, организационных и технических вопросов обеспечения безопасности. В то же время функционирование системы мониторинга источников антропогенного воздействия позволяет получать и использовать информацию о состоянии окружающей среды в целях: • оценки степени риска территорий, производств, технологий и объектов инфраструктуры, располагающихся в пределах исследуемого района; • прогноза развития территориальных и социальных систем; • формирования системы экологического управления и экологической политики предприятий; • доведения информации до контролирующих органов, населения, потребителей; • интеграции в региональные системы экологического мониторинга. Составной частью единой государственной системы экологического мониторинга является мониторинг радиационной обстановки на территории РФ, сопряженный с контролем состояния и мест размещения радиоактивных отходов. Актуальными направлениями деятельности министерств и ведомств в рамках национальной безопасности является мониторинг трансграничных переносов загрязняющих веществ и международное сотрудничество в области мониторинга состояния окружающей среды. Эти аспекты деятельности государственного мониторинга окружающей среды направлены: 13 • на создание систем наблюдения за состоянием окружающей среды на основе использования средств аэрокосмического и наземного наблюдения и использования современных средств обработки и распространения информации; • гармонизацию правового, нормативно-методического, технического и программно-аппаратного обеспечения, включая модернизацию технических средств наблюдения; • своевременное выявление неблагоприятных и опасных экологических ситуаций, анализ данных и обмен информацией о состоянии окружающей среды между региональными системами экологического мониторинга, органами управления и межгосударственными организациями. Государственный мониторинг окружающей среды организован на федеральном, региональном, территориальном (административнотерриториальном) и объектном (локальном) уровнях. После реорганизации в 2000 г. природоохранных органов и внесении изменений в законодательные акты РФ (Федеральный закон от 22.08.2004 № 122-ФЗ, Федеральный закон от 21.11.2011 № 331-ФЗ) организация государственного экологического мониторинга осуществляется федеральными органами исполнительной власти, органами государственной власти субъектов РФ в соответствии с их компетенцией, установленной законодательством РФ, посредством создания и обеспечения функционирования наблюдательных сетей и информационных ресурсов в рамках подсистем единой системы государственного экологического мониторинга, а также создания и эксплуатации уполномоченным Правительством РФ федеральным органом исполнительной власти государственного фонда данных. На федеральном уровне организация государственного экологического мониторинга выполняется рядом министерств и ведомств, основные из которых приведены в табл. 1.1. Наряду с этими органами в рамках своей компетенции мониторинг осуществляют и другие министерства и ведомства: Росатом (мониторинг радиационно-опасных объектов и территорий), Минобороны (мониторинг окружающей природной среды и источников воздействии на нее на территории военных объектов), Роскартография (топографо-геодезическое и картографическое обеспечение мониторинга), ФС государственной статистики (документы министерств и ведомств, отчеты субъектов природопользования и территориальных природоохранных структур). 14 15 2 № п/п 1 Объекты мониторинга Министерство природных ресурсов и экологии Природные ресурсы (месторождения углеводородов, Российской Федерации, включая: твердых полезных ископаемых; участки недр, используемые Федеральную службу (ФС) по надзору в сфере для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых; природопользования (Росприроднадзор); участки недр, испытывающие воздействие хозяйственной Федеральное агентство (ФА) по экологическому, деятельности, не связанной с недропользованием). технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор); Опасные экзогенные и эндогенные геологические процессы. Континентальный шельф. ФА водных ресурсов (Росводресурсы); Водные объекты (поверхностные водные объекты, состояФА по недропользованию (Роснедра) ние дна, берегов, водоохранных зон, водохозяйственных систем, в т.ч. гидротехнических сооружений, объем воды при водопотреблении и водоотведении; подземные воды). Естественный и нарушенный режим подземных вод. Источники антропогенного воздействия и зоны их влияния ФС по гидрометеорологии и мониторингу окруКлиматические и радиационные факторы. жающей среды (Росгидромет) Атмосферный воздух и атмосферные выпадения, в т.ч. в рамках глобального фонового мониторинга. Поверхностные воды суши. Морские воды. Трансграничное загрязнение (кроме распространения подземными водами). Объекты окружающей среды в объеме комплексного мониторинга загрязнения окружающей среды и влияния на растительность. Оперативное выявление ситуаций, связанных с аварийным загрязнением природной среды Наименование министерств и ведомств Организации федерального уровня, координирующие деятельность в сфере экологического мониторинга и безопасности природопользования Таблица 1.1 16 5 4 № п/п 3 Объекты мониторинга Министерство РФ по делам гражданской обороОбъекты окружающей среды, явления и процессы геолоны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации послед- гической среды, как источники чрезвычайных ситуаций приствий стихийных бедствий родного характера. Потенциально опасные производственные объекты Вредные факторы среды обитания и состояние здоровья Министерство здравоохранения и социального развития РФ населения, в т. ч.: источники питьевого водоснабжения; почвы; воздух рабочей зоны; пищевые продукты; источники шума, вибрации, электромагнитного излучения. Заболеваемость населения Министерство сельского хозяйства и продовольПочвы сельскохозяйственного назначения; животные и расствия РФ тения на этих землях. Растительные ресурсы Наименование министерств и ведомств Окончание табл. 1.1 В базы данных о состоянии окружающей среды входят сведения, полученные системой сейсмологических наблюдений, имеющие в своем составе телесейсмические региональные и локальные сети, опытноисследовательские экспедиции, региональные информационнообрабатывающие центры Геодезической службы РАН, сейсмической службы Минобороны, сейсмические станции Минатома, Минэнерго, Госстроя России. Основные функции по координации деятельности в области государственного экологического мониторинга, ведению Единого государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и ее загрязнении, а также централизованному учету экологической информации осуществляют Министерство природных ресурсов и экологии РФ (МПР РФ) совместно со структурами, входящими в состав федеральных служб и федеральных агентств МПР РФ. Министерство природных ресурсов и экологии осуществляет: • общую координацию деятельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области мониторинга объектов природной среды; • организацию мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду, мониторинга животного и растительного мира, недр и природных ресурсов; • формирование государственных информационных ресурсов о состоянии окружающей среды и использовании природных ресурсов. При осуществлении экологического мониторинга с МПР РФ взаимодействуют: • Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий – в рамках единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. • Министерство здравоохранения и социального развития РФ – для ведения социально-гигиенического мониторинга в части оценки качества воды подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также состояния подземных вод, относящихся к природным лечебным ресурсам. • ФС земельного кадастра – по вопросам ведения государственного мониторинга земель, государственного земельного кадастра, землеустройства в части сведений о границах и площадях земельных участков, их правовом положении, состоянии и использовании. 17 • ФС по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды – при ведении мониторинга поверхностных вод суши, морской среды, атмосферы и почв в части оценки влияния изменения состояния указанных компонентов на состояние недр. • Федеральный горный и промышленный надзор – при организации мониторинга месторождений углеводородов, минеральных, теплоэнергетических и промышленных подземных вод, твердых полезных ископаемых, а также участков недр, используемых для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых. • Федеральный надзор по ядерной и радиационной безопасности – при мониторинге участков недр, предоставленных в пользование для захоронения радиоактивных отходов. • Российское авиационно-космическое агентство – в предоставлении и использовании методов и средств дистанционного зондирования Земли в интересах обеспечения экологического мониторинга. Взаимодействие по вопросам водопользования является примером координации работ по сбору информации о состоянии водных объектов, входящих в блок государственного управления по использованию и охране водных ресурсов, прогнозированию и предотвращению ЧС, связанных с опасными гидрологическими явлениями и сбросами неочищенных сточных вод предприятий и коммунальных служб. С учетом того, что поверхностные водотоки и водоемы являются преобладающими источниками питьевого водоснабжения в населенных пунктах России, кооперация работ по организации наблюдений, сбору и обобщению информации о состоянии водных объектов и качестве воды – это необходимое условие обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий. В сфере использования и охраны водных ресурсов МПР РФ осуществляет координацию и контроль деятельности находящихся в его ведении ФА водных ресурсов, ФС по надзору в сфере природопользования и ФА по недропользованию и другими службами от федерального до локального уровня. Структура управления использованием и охраной водного фонда в Российской Федерации представлена на рис. 1.4. Росгидромет осуществляет деятельность в области гидрометеорологии и смежных с ней областях (метеорологии, климатологии, агрометеорологии, гидрологии, океанологии, гелиогеофизики) и координирует ведение мониторинга окружающей среды. 18 19 В функции Росгидромета входят: • формирование и обеспечение деятельности государственной наземной сети наблюдений; • установление требований и разработка единых технических и методических указаний по проведению наблюдений, сбору, обработке, хранению и распространению информации о состоянии окружающей природной среды, ее загрязнении и об опасных природных явлениях; • разработка требований к информационной продукции, которые обязательны для выполнения всеми участниками деятельности гидрометеорологической службы; • обеспечение функционирования и развития государственной службы наблюдений, системы сбора, хранения, обработки, анализа и распространения гидрометеорологической, гелиогеофизической информации и данных о загрязнении окружающей природной среды; • обеспечение контроля за соблюдением требований по всем видам работ в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей природной среды, выполняемых иными организациями, независимо от их организационно-правовой формы. Координации деятельности по предотвращению ЧС природного и техногенного характера возложена на МЧС РФ. Мониторинг ЧС осуществляют с помощью сил и средств наблюдения и контроля Единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС), к которым относятся органы, службы, учреждения, организации, лаборатории территориальных и функциональных подсистем всех уровней РСЧС, осуществляющие мониторинг, контроль и анализ состояния потенциально опасных объектов и окружающей среды. При составлении прогнозов используются данные министерств и ведомств (Росгидромет, Росатом, Минздрав, Минсельхоз и др.). В целях повышения оперативности и качества информации МЧС РФ в 2001 г. (Приказ МЧС от 12.11.2001 г. №483) введено «Положение о системе мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования ЧС» (СМП ЧС). Вертикаль управления СМП ЧС имеет федеральный, межрегиональный и региональный (территориальный) уровни. На федеральном уровне руководство осуществляет МЧС РФ, а методическое руководство и координацию деятельности – Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования ЧС («Центр Антистихия» МЧС РФ). 20 На межрегиональном и региональном (территориальном) уровнях организационно-методическое руководство и координацию деятельности СМП ЧС осуществляют межрегиональные и региональные (территориальные) центры мониторинга и прогнозирования ЧС. Основными задачами региональных и территориальных центров мониторинга СМП ЧС РФ являются: 1) сбор, анализ и представление в соответствующие органы государственной власти информации о потенциальных источниках ЧС и причинах их возникновения в регионе; 2) прогнозирование развития ЧС, их масштабов и реципиентов риска; 3) организационно-методическое руководство, координация деятельности и контроль функционирования систем мониторинга и прогнозирования ЧС регионального и территориального уровней; 4) организация и проведение лабораторных исследований химикорадиологического и микробиологического состояния объектов окружающей среды, продуктов питания, воды, представляющих потенциальную опасность в случае возникновения ЧС; 5) создание и развитие банка данных о ЧС с использованием возможностей геоинформационных систем; 6) организация информационного обмена, координация деятельности и контроль функционирования территориальных центров мониторинга. Структурная организация РСЧС представлена на рис. 1.5. В свете изложенного основными задачами федеральных и территориальных органов исполнительной власти, органов местного самоуправления и субъектов природопользования разных форм собственности при выполнении работ по организации наблюдений состояния окружающей среды, выявлению неблагоприятных и опасных природных явлений и процессов и прогнозированию ЧС природного и техногенного характера, являются: • создание, постоянное совершенствование и развитие на всех уровнях систем (подсистем) мониторинга окружающей среды, прогнозирования опасных ситуаций природного и техногенного характера; • оснащение организаций и учреждений, осуществляющих мониторинг окружающей среды и прогнозирование ЧС, современными техническими средствами для решения возложенных на них задач; • координация работ на местном, территориальном и федеральном уровнях по сбору и обмену информацией о результатах мониторинга объектов окружающей среды; 21 Рис. 1.5. Структура РСЧС • создание информационных ресурсов, аккумулирующих информацию о источниках, факторах риска, масштабам распространения и реципиентам риска при реализации ЧС природного и техногенного характера; • совершенствование нормативной правовой базы по организации мониторинга и предоставлению оперативной информации о его результатах для принятия необходимых мер по снижению опасностей и угроз, предотвращению и уменьшению масштабов распространения, защите населения и территорий в случае возникновения ЧС. Тема 2. НОРМАТИВНО-ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В ТЕХНОСФЕРЕ И ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА Нормативно-законодательную базу в сфере обеспечения безопасности регламентируют: • Международные соглашения (договоры, конвенции), ратифицированные Государственной думой РФ. • Конституция РФ. • Федеральные законы РФ. • Указы Президента РФ и Постановления Правительства РФ. • Национальные и государственные стандарты (ГОСТы). • Нормативные правовые акты федеральных министерств и ведомств. Федеральное и региональное законодательство в области промышленной и экологической безопасности. В российском законодательстве актуальные вопросы обеспечения промышленной и экологической безопасности стали причиной утверждения правовых актов в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения и охраны окружающей природной среды в начале 1990-х гг. Законодательные и подзаконные акты регулировали отношения по безопасности производственных объектов, прежде всего в вопросах охраны труда, пожарной безопасности, предотвращению ЧС и др. К этой группе законов относятся «Основы законодательства по охране труда», федеральные законы «О безопасности» (1992), «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994), «О пожарной безопасности», «Об экологической экспертизе» и др. С принятием Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» законодательство в области обеспечения экологической безопасности приведено в соответствие с российским законодательством начала XXI в. Необходимость применения положений этого закона к различным сферам природопользования и вопросам обеспечения безопасности и охраны окружающей среды подтверждается пересмотром закона 1991 г. и внесением актуальных изменений и дополнений от 22 августа, 29 декабря 2004 г., 9 мая, 31 декабря 2005 г., 18 декабря 2006 г., 5 февраля, 26 июня 2007 г, а также приняти- 23 ем в 2011 г. Федерального закона от 21.11.2011 № 311 «О внесении изменений в Федеральный закон “Об охране окружающей среды” и отдельные законодательные акты РФ». Правовое обеспечение предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций осуществляется на основе федерального закона и подзаконных актов главным образом МЧС РФ, в том числе постановлениями Правительства РФ: • «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» № 1113 от 05.11.1995; • «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» № 1094 от 13.09.1996; • «О порядке сбора и обмена в Российской Федерации информацией в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» №334 от 24.03.1997. Регулирование отношений по экологическому страхованию представлено законом «Об организации страхового дела в РФ» от 10.12.2003 № 172-ФЗ. Правовой основой обеспечения промышленной безопасности в РФ является Федеральный закон № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (с изм. 2000 и 2003 гг.), в котором описываются основные процедуры, используемые для регулирования промышленной безопасности – лицензирование, декларирование безопасности. В основу этого Закона положены принципы «Конвенции о трансграничном воздействии промышленных аварий», принятой OOH в 1992 г. Конвенция, которую подписали 72 страны, в том числе Россия, направлена на предотвращение промышленных аварий, обеспечение готовности к ним и ликвидации последствий аварий, которые могут привести к трансграничному воздействию. Закон направлен на предупреждение аварий на производственных объектах, которые по определенным в нем критериям относятся к категории опасных. В законодательной практике развитых стран аналогичные законы появились после ряда крупных промышленных аварий. К наиболее известным относятся Директива № 82/501/ЕЭС «О предотвращении крупных промышленных аварий» (Директива Севезо), «Закон о чрезвычайном планировании и праве населения на информацию» (США), «Закон об аварийных ситуациях» (ФРГ), система актов CIMAH по безопасности в промышленности (1985 г., Великобритания) и др. 24 Сфера применения закона тесно связана с понятием «опасный производственный объект». В международном праве при отсутствии определения данного понятия законодательно установлены критерии, по которым объекты относятся к категории опасных, – критерии, предложенные в «Конвенции о трансграничном воздействии промышленных аварий». Опасные производственные объекты определяются: • по наличию и объемам опасных веществ, • по использованию сложных технических устройств, • выполнению горных работ и работ в подземных условиях. Объекты, на которых используются радиоактивные опасные вещества, регулируются Федеральными законами «Об использовании атомной энергии» и «О радиационной безопасности населения» (1996). Снижение риска возникновения аварий для гидротехнических сооружений регулируется Федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений». Актуальными документами, намечающими стратегические цели обеспечения национальной безопасности, являются «О стратегии национальной безопасности РФ до 2020 года» (Указ Президента РФ № 537 от 12.05.2009 г.) и «О мерах по обеспечению экологической безопасности в Российской Федерации (Заседание Совета безопасности от 30.01.2008 г.). В последнем из них можно выделить следующее: • «…обеспечение экологической безопасности является одной из приоритетных задач государства»; • «…качество окружающей среды в ближайшие годы должно стать одним из ключевых факторов конкурентоспособности страны и каждого российского региона…». • Согласно документу, мерами по обеспечению экологической безопасности являются: • «…ужесточение санкций за негативное воздействие предприятий на окружающую среду»; • «совершенствование системы… информирования населения о состоянии окружающей среды»; • «повышение эффективности программ статистических наблюдений в сфере охраны окружающей среды, государственного экологического контроля и мониторинга окружающей среды с использованием современной технической базы, в том числе автоматизированных систем получения, передачи и обработки данных». 25 Отказ от концепции абсолютной безопасности (нулевой риск), принятие концепции приемлемого техногенного риска и снижения опасности до приемлемого уровня, а также признание экологической ответственности за возможность распространения факторов опасного аварийного события усиливает роль международных требований к обеспечению экологической безопасности и формам ее контроля. Международные стандарты серий OHSAS 18000 (Охрана труда и предупреждение профессиональных заболеваний), ISO 31000 (Управление рисками промышленных предприятий), ISO 14000 (Управление качеством окружающей среды), GRI и AA 1000 (Корпоративная ответственность и социальная отчетность) и ряд других документов, адаптированных к национальным стандартам РФ, направлены на обеспечение экологической безопасности производств. Основными нормативными актами в вопросах безопасности в чрезвычайных ситуациях наряду с выше перечисленными федеральными законами, являются: ГОСТ Р 22.0.02–94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий. ГОСТ Р 22.0.03–95. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определения. ГОСТ Р 22.0.04–95. Биолого-социальные чрезвычайные ситуации. Термины и определения. ГОСТ Р 22.0.05–94. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения. ГОСТ Р 22.0.06–95. Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий. ГОСТ Р 22.1.02–95. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения. ГОСТ Р 22.1.01–95. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения. ГОСТ 28906–91. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Развитие принципов обеспечения экологической безопасности находит отражение в региональном законодательстве некоторых субъектов РФ. Примером может быть программный документ «Стратегия со- 26 циально-экономического развития Приволжского федерального округа до 2020 года» (утв. Распоряжением Правительства РФ от 7.02.2011 г. № 165-р). В состав ПФО входят: 6 республик, 8 областей, 1 автономный округ. Состоит из 3 групп регионов: Волго-Вятский, Среднего Поволжья и Западного Урала. Площадь округа 1038 тыс. км2, численность населения 32 млн чел. (рис. 2.1). В «Стратегии…» признано, что высокий природно-ресурсный потенциал Приволжского федерального округа (ПФО), развитые промышленность и сельское хозяйство создают значительную антро- Рис. 2.1. Приволжский федеральный погенную нагрузку на природную округ на карте России среду, приводят к негативным факторам воздействия на состояние заболеваемости и демографические показатели населения. Повышенная антропогенная нагрузка усиливает риски возникновения ЧС природного и техногенного характера, что требует принятия комплекса превентивных мер по защите населения и территорий. К наиболее актуальным темам обеспечения экологической безопасности ПФО отнесены вопросы загрязнения рек бассейна реки Волги. Так, по результатам многолетних наблюдений и статистической отчетности водопользователей выявлено следующее: • рост на 15 % количества случаев экстремально высокого загрязнения химическими веществами водных объектов; • сброс вод без очистки или недостаточно очищенных хозяйственно-бытовых и сточных вод, неудовлетворительная эксплуатация морально и физически устаревших, крайне изношенных и не соответствующих по своей мощности объему сбрасываемых стоков очистных сооружений или их отсутствие; • 504 из 1337 населенных пунктов с центральной канализацией не имеют очистных сооружений или имеют их в аварийном состоянии, 857 промышленных предприятий сбрасывают в открытые водоемы неочищенные или недостаточно очищенные стоки; 27 • cостояние источников питьевого водоснабжения характеризуется достаточно высоким загрязнением тяжелыми металлами; • излив кислых вод в районах бывших шахт Кизеловского угольного бассейна (из водопользования выведены 19 рек); • проблема сбора, хранения и утилизации отходов производства и потребления, в том числе опасных медицинских отходов, отходов, накопленных за предшествующие периоды. Не оставлены без внимания и вопросы загрязнения атмосферы в ПФО. В «Стратегии..» отмечено, что основную экологическую нагрузку формируют выбросы автомобильной техники и промышленных предприятий. Кроме того, отмечается высокий уровень риска техногенных аварий и экологических катастроф, в том числе с выбросом опасных токсичных химикатов, попаданием в окружающую среду патогенных биологических агентов с образованием обширных площадей загрязнения и заражения. Другим примером региональных программ обеспечения безопасности является «Долгосрочная целевая программа “Безопасный город” на 2009–2012 годы» (утв. Постановлением администрации города от 24.11.2008 г. № 1102). В концепции управления безопасностью города Перми проанализированы и паспортизированы риски безопасности, современные возможности интеграции разнородных подсистем мониторинга и обеспечения безопасности, разработана стратегия развития системы безопасности, схема поэтапного решения выявленных проблем, структура и механизмы эффективного управления безопасностью. С целью реализации концепции управления безопасностью города Перми основными направлениями решения задач по разработке и реализации концепции управления безопасностью признаны: • создание и реализация мониторинга безопасности на основе единой Автоматизированной информационно-аналитической системы мониторинга безопасности (АИАСМБ) города Перми и включение ее в состав ИАС «Мониторинг безопасности» Пермского края, включая проектирование и реализацию многомерной структуры данных и моделей интеллектуального анализа; • проведение анализа и внесение изменений в существующую нормативную правовую базу, обеспечивающих реализацию полномочий администрации города Перми в сфере общественной безопасности; 28 • организация и стимулирование эффективной работы по обеспечению безопасности на институциональном и муниципальном уровнях через внедрение программно-целевого принципа организации деятельности, системную организацию планирования, координации, контроля и мотивации субъектов обеспечения безопасности, проведение конкурсов районных программ обеспечения безопасности, смотров-конкурсов на лучшую организацию работы среди субъектов профилактики правонарушений и других направлений обеспечения безопасности; • организация систематического обмена опытом и обучения руководителей и специалистов по вопросам обеспечения личной и общественной безопасности, создание условий для совершенствования методической и учебно-материальной базы обучения; • разработка и внедрение новых технологий, средств и содержания обучения, соответствующих изменению ситуации в сфере рисков безопасности города Перми. При реализации системы мер по снижению возможности возникновения ЧС природного, техногенного, экологического и санитарноэпидемиологического характера, минимизации потерь города Перми и его населения от техногенных и природных катастроф, иных ЧС основными направлениями решения задач по снижению рисков возникновения ЧС являются: 1) совершенствование Пермского городского звена Пермской краевой подсистемы российской системы предупреждения действий в ЧС; 2) апробация и внедрение новых технологий федеральной системы предупреждения ЧС природного, техногенного и военного характера, обмена и обработки информации, анализа и мониторинга ЧС; 3) включение в состав АИАСМБ службы скорой медицинской помощи, ЖКХ и экологического мониторинга и др. Следует отметить, что в Пермском крае в Межрегиональным управлении ФС службы по экологическому, технологическому и атомному надзору разработаны методологические подходы организации и осуществления производственного экологического контроля для субъектов природопользования, а именно: • Методические рекомендации по организации и осуществлению производственного экологического контроля на предприятиях Пермского края (2008). • Методические рекомендации по организации и осуществлению мониторинга состояния окружающей среды на территориях объектов размещения отходов и в пределах их воздействия на окружающую среду (2008). 29 Документы созданы на основе ранее изданных (1997, 2002, 2006 гг.) единых организационных и методических требований к организации мониторинга источников антропогенного воздействия (МИАВ) для промышленных предприятий и иных объектов независимо от их организационно-правовых форм, форм их собственности и ведомственной принадлежности. На локальном уровне МИАВ осуществляется с учетом природопользования и характера воздействия на окружающую среду. Результаты МИАВ должны обрабатываться и накапливаться с целью обеспечения информационного единства при дальнейшей интеграции и интерпретации данных на территориальном уровне. Важными для организации и выполнения мониторинга являются требования к исполнителям исследований, их технической компетенции и метрологическому обеспечению. Легитимность и высокая степень доверия к результатам обеспечивается привлечением аттестованных и аккредитованных специализированных организаций (лабораторных центров, лабораторий). К таким организациям относятся: • лаборатория (лабораторный центр) предприятия, • независимые испытательные лабораторные центры, • межотраслевые лаборатории. Исследования в объектах окружающей среды должны проводиться с учетом представительности отбираемых проб, методического и аппаратурного обеспечения, требований к обработке и представлению результатов количественного химического анализа, выполняемого в соответствии с требованиями: ГОСТ Р ИСО /МЭК 17025–2006. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий; ГОСТ Р ИСО 5725. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений; ГОСТ Р 8.563–96. ГСИ. Методики выполнения измерений; отраслевых нормативных документов. Основной задачей единства методического обеспечения является организация разработки и внедрения методических документов, позволяющих получить сопоставимые результаты наблюдений и измерений вне зависимости от места и времени их выполнения. Информационное обеспечение осуществляется на основе единых правил обмена информацией, единых протоколов обмена информацией, унификации систем и средств телекоммуникационного взаимодействия. Тема 3. СБОР ИНФОРМАЦИИ И ФОРМИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ О ФАКТОРАХ РИСКА 3.1. Методические основы организации наблюдений Система мониторинга безопасности производственного объекта и безопасности отдельной территории в масштабах отдельного административного района, населенного пункта или региона определяется на стадии проектирования (планирования) подобной системы. Суть проектирования системы мониторинга заключается в создании функциональной модели технологии получения информации о факторах риска и последствий реализации этих факторов (в случае аварийного события). Так как проявление некоторых факторов риска связано с вероятностью реализации аварийного события, широкое распространение получили проекты систем локального мониторинга с формированием локальных информационных ресурсов. В меньшей степени реализованы широкомасштабные системы мониторинга, что связано со сложностью сбора и обобщения разносторонней информации, получаемой государственными и ведомственными системами наблюдений и контроля. Современная технология комплексной оценки загрязнения окружающей среды, как одного из элементов мониторинга безопасности урбанизированных территорий, включает в себя: • выявление источников негативного воздействия на окружающую среду, человека, растительный и животный мир, а также обоснование и выбор места установки приборно-аппаратного комплекса, обоснование выбора или разработка новых методик исследований, способов обработки и анализа информации; • использование оптимальных критериев оценки информации, как системы проверки полученной информации на соответствие исходным требованиям; • сбор информации и ее обработку, накопление, актуализацию и передачу данных мониторинга; • моделирование изменения состояний природных и природноантропогенных систем под влиянием природных и техногенных факторов риска. Прогноз распространения фактора риска требует достоверной и весьма обширной информации, включая данные: 31 • о факторах риска, характерных для потенциально опасных производственных объектов, в том числе источниках эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду (выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов) и других видах воздействия; • об условиях и процессах ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ (например, метеофакторах, влияющих на распространение поллютантов; условиях миграции загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; геохимических барьерах и т.д.). Ценность получаемой в результате наблюдений информации будет определяться многими составляющими, среди которых: полнота, достаточность и наглядность результатов наблюдений; отражение результатов в режиме реального времени; возможность систематизации результатов наблюдений, их обработки, накопления, экспорта и импорта дополнительной информации. При составлении программы мониторинга требуется обосновать достаточную периодичность опроса измерительной сети, параметрическую и пространственную структуры наблюдений. Все названные элементы программы должны учитывать виды, интенсивность и масштаб распространения воздействия аварийного фактора (рис. 3.1). Основу системы сбора информации в ходе мониторинга составляют наблюдательные сети, которые призваны обеспечить сбор достоверных данных о состоянии и тенденциях изменения состояния компонентов окружающей среды. Наблюдательные сети должны быть технически и методически организованы по единым принципам, учитывающим территориальные особенности и необходимость обобщения больших массивов информации. В зависимости от целей мониторинга выделяют следующие направления наблюдений, для которых программы мониторинга и наблюдательные сети могут существенно отличаться: 1. Инвентаризационные наблюдения. Проводятся с целью оценки состояния компонентов природной среды с низкой скоростью изменения в них. Для определения начального (фонового) уровня загрязнения окружающей среды инвентаризационные наблюдения организуются на территориях, где техногенные изменения отсутствуют или медленно проявляются. 32 Рис. 3.1. Основные этапы организации наблюдений 2. Режимные стационарные наблюдения. Организуются на стационарных участках (точках, пунктах и др.) с целью выявления динамики процессов и явлений, их закономерностей и обусловленности. Они отражают определенные временные (ежегодные, сезонные, ежемесячные, суточные и др.) колебания в системе наблюдаемых объектов и процессов. 3. Ретроспективные наблюдения. Направлены на выявление тенденции и установление закономерностей их изменений. Этот вид наблюдений осуществляется по специальной программе, составленной 33 с учетом установленных тенденций развития или изменения в исследуемых компонентах природной среды. Сроки и периодичность проведения ретроспективных наблюдений должны учитывать факторы, определяющие эти изменения. К этому виду наблюдений можно отнести исследования отдаленных последствий аварийного события, оценку трансформации первоначальных факторов риска и т.п. 4. Методические наблюдения. Направлены на совершенствование методов мониторинга или на создание новых, выбор оптимальных сроков наблюдений и обоснование достаточной периодичности. Методические наблюдения применяются для корректирования существующих программ режимных или ретроспективных наблюдений. Необходимо соблюдать оптимальное соотношение между видами наблюдательных сетей, включая наблюдения на стационарных пунктах, действующих длительное время по относительно неизмененной программе, краткосрочные обследования для выявления пространственных аспектов загрязнения, а также интенсивные локальные наблюдения. На этапе обоснования сети наблюдений решается вопрос о возможности и целесообразности использования автоматизированных, дистанционных и других систем мониторинга. В отношении периодичности проведения мониторинга можно отметить, что системы промышленного экологического мониторинга опасных производственных объектов ориентированы на круглосуточную эксплуатацию в двух основных режимах: штатном и аварийном. Основным режимом функционирования системы является штатный. Штатный режим функционирования системы мониторинга контролируемого объекта предусматривает постоянную работу элементов и узлов системы контроля и наблюдений и характеризуется следующими основными показателями: • отбор проб согласно утвержденному на объекте регламенту аналитического контроля системы производственного мониторинга; • передача данных в информационно-аналитический центр: от стационарных и передвижных автоматических станций каждые 30 мин, от объектовой метеостанции каждые 10 мин, от стационарных лабораторных комплексов 1 раз в смену; • формирование и отправка отчетов на все уровни управления и контроля (федеральный, межрегиональный, местный) 1 раз в сутки. При возникновении чрезвычайной (аварийной) ситуации на объекте и/или при выходе параметров мониторинга за безопасную границу система промышленного экологического мониторинга автоматически 34 или по команде администратора переводится в аварийный режим работы со следующими основными показателями: • отбор проб согласно утвержденному на объекте регламенту аналитического контроля системы производственного мониторинга; • передача данных в информационно-аналитический центр: от стационарных и передвижных автоматических станций каждые 10 мин, от объектовой метеостанции каждые 10 мин, от стационарных лабораторных комплексов каждые 30 мин; • формирование и отправка отчетов на все уровни управления и контроля каждые 20 мин. Обоснование достаточного количества наблюдений, как правило выполняемых в течение одного года, зависит от таких факторов, как скорость изменения состояния контролируемого компонента окружающей среды, достоверность отражения изменений состояния, технических характеристик отдельных видов и средств наблюдения, экономической целесообразности постоянного опроса автоматических средств контроля и др. Оптимальные интервалы между наблюдениями должны определяться с помощью статистического анализа данных предшествующих или аналогичных измерений, накопленных за месяц /квартал/год. Ограничениями при обосновании периодичности наблюдений являются: • необходимые периоды для осреднения концентрации (например, для воздушной среды время 20–30 мин, используемое для определения разовых концентраций); • интервалы между опросами не должны превышать 4 ч из-за потери возможности учета цикличности работы источников загрязнения; • интервал между измерениями должен составлять 0,1 от максимально определяемого периода для исследуемого процесса, ряд наблюдений включают в себя не менее десяти таких интервалов; • наличие более 15 % пробелов в каждом интервале замеров, что отразится на достоверности оценки процесса загрязнения. При установлении периодичности отбора проб учитывают токсичность загрязняющих веществ, выраженную через класс опасности: • для первого класса – не реже 1 раза в 10 дн., • для второго класса – не реже 1 раза в месяц, • для третьего и четвертого класса – не реже чем 1 раз в квартал. 35 При выборе показателей для оценки экологического статуса контролируемой территории следует учитывать то, что эффективность мониторинга определяется полнотой оценки всех аспектов экологической ситуации, и, следовательно, необходимо учитывать как можно большее число показателей. С другой стороны, слежение за большим числом параметров требует, как правило, значительных организационных и финансовых затрат, что приводит к уменьшению экономической эффективности всей системы. Поэтому один из принципов обоснования выбора контролируемых параметров заключается в получении достаточного объема данных об экологической обстановке и ее изменении с использованием доступных современных способов выполнения поставленных задач, например, обращение к базам данных ведомственных систем мониторинга, использование данных аэрокосмического мониторинга и информационных ресурсов дистанционного зондирования земли. При этом целесообразно принимать во внимание и другие принципы: ведение мониторинга по набору специфических, интегральных и маркерных показателей; применение научно обоснованных расчетных методов, моделей, программных продуктов, современных методов дистанционного мониторинга, позволяющих не только увеличить число показателей, но и использовать средства визуализации результатов наблюдений. Рекомендуется следующий перечень контролируемых инструментальными методами загрязняющих веществ в выбросах в атмосферный воздух: 1) серы оксиды; 2) азота оксиды; 3) углерода оксид; 4) углеводороды (без ЛОС); 5) летучие органические соединения (ЛОС); 6) металлы и их соединения; 7) пыль, сажа; 8) хлор и его соединения; 9) фтор и его соединения; 10) цианиды; 11) вещества с канцерогенными или мутагенными свойствами; 12) полихлорированные дибензодиоксины и полихлорированные дибензофураны. 36 Перечень рекомендуемых показателей и загрязняющих веществ в сбросах в водные объекты, которые оцениваются инструментальными методами, можно представить следующим образом: • общая минерализация; • содержание взвешенных веществ; • биохимическое потребление кислорода (БПК за 5 суток); • химическое потребление кислорода; • азот общий и другие формы азотсодержащих компонентов; • фосфор общий; • нефтепродукты; • биотоксичность; • специфические загрязняющие вещества. Важно отметить принципиально иной перечень показателей при ведении геодезического мониторинга энергетических, транспортных, гидротехнических сооружений. Мониторинг деформационных процессов в целях прогнозирования развития деформационных процессов и предупреждения возможных рисков включает в себя: • определение абсолютных и относительных величин деформаций; • выявление причин возникновения и степени опасности деформаций; • установление предельно допустимых величин деформаций и др. В процессе измерений деформаций определяются величины вертикальных смещений (осадок, просадок, подъемов), горизонтальных смещений (сдвигов) и кренов. Геодезические измерения горизонтальных смещений проводятся преимущественно для объектов, расположенных в местах естественных уклонов (оползневые участки, склоны оврагов, берега рек и пр.). Представленные перечни показателей могут рассматриваться как рекомендуемые, которые существенно меняются с учетом вероятности проявления опасного природного или техногенного фактора, особенностей развития аварийной ситуации или с целью оценки отдаленных экологических последствий. Информативность системы мониторинга во многом зависит от технических средств, поэтому метод и тип измерительных приборов (оборудования для контроля параметров и наблюдения) во многом определяет суть мониторинга, перечень контролируемых показателей, периодичность наблюдений, требуемую точность и достоверность результатов. 37 К настоящему времени в России и за рубежом создан большой парк специальной и универсальной контрольно-измерительной и аналитической техники, образцовых средств, технологий проведения анализа, контроля и оценки, а также обработки получаемой в результате замеров информации. Поэтому одна из задач проектирования мониторинга сводится к выбору оптимального комплекта технических средств наблюдения и контроля из числа серийно выпускаемых на основе нормативной и методической базы экологического мониторинга. Для систем мониторинга безопасности урбанизированных территорий и регионов важно иметь данные аэрокосмических наблюдений, полученные методами с помощью оборудования для дистанционного зондирования Земли. 3.2. Принципы формирования информационных ресурсов безопасности потенциально опасных объектов и территории Информационными ресурсами принято считать документы и массивы документов в информационных системах (архивах, фондах, банках и баз данных и др.). Рассмотрим системы сбора и анализа информации о безопасности промышленного объекта и обеспечения безопасности на территориальном уровне. Для потенциально опасных производственных объектов, где в производственном технологическом цикле ведется обращение с опасными веществами (аварийно химически опасные вещества, сильнодействующие ядовитые вещества и др.), предусмотрена система мониторинга безопасности и оповещения для поддержки принятия решений при возникновении аварийной ситуации и угрозе реализации следующих видов аварий: • наземный и воздушный взрыв при сгорании парогазового облака; • наземный взрыв конденсированных веществ; • пожар пролива и пожар в виде огненного шара; • загазованность горючими газами и парами; • распространение в воздухе токсичных и вредных веществ. Эта система включает в себя (рис. 3.2): • контроль опасных техпроцессов, автоматический контроль эмиссий, оценка в режиме реального времени превышений допустимых уровней воздействия; 38 базу данных прогноза аварийных ситуаций и подсистему моделирования и прогнозирования последствий аварий; • контроль метеопараметров (скорость, направление ветра, температура воздуха и др.); • систему обработки и отображения информации, в том числе результатов прогноза, и подсистему поддержки принятия решений и выполнения действий диспетчером; • систему автоматического оповещения по телефону и громкоговорящей связи. • Рис. 3.2. Структурная схема системы оперативного мониторинга на опасном производственном объекте Имеется опыт создания информационно-управляющих систем обеспечения безопасности окружающей среды по ряду опасных видов деятельности. 39 3.2.1. Базы данных по авариям на промышленных объектах Функция управления безопасностью промышленного объекта включает в обязанность каждого оператора, работающего на опасном производстве, ознакомление со всеми авариями, происходившими на предприятиях, использующих аналогичные технологические процессы, материалы или опасные вещества из числа АХОВ. После получения соответствующей информации операторы должны уметь определить, может ли произойти один из случавшихся ранее инцидентов на его предприятии и что нужно сделать для того, чтобы это предотвратить. Как правило, информация об инцидентах и авариях на опасных производствах включает в себя сведения: Дата и место аварии / Вид деятельности / Используемые химические вещества / Объем выброса/сброса / Количество смертельных случаев и травм. Для обеспечения безопасности и предотвращения потерь на производстве важно иметь более детальную информацию об аварийных ситуациях, предотвращенных и реализованных авариях. Подобная информация собирается, накапливается и обобщается из специализированных журналов и периодической печати: 1. Общество инженеров-химиков-технологов (IChemE) в журнале Loss Prevention Bulletin ежегодно публикует список крупных аварий в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также аварии на транспорте, включая морские перевозки. 2. Ассоциация химической промышленности (СТА) Великобритании выпускает ежеквартальный бюллетень по авариям в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. 3. Королевское химическое общество (RSC) публикует ежемесячник «Химические опасности в промышленности», который содержит среди прочих описания аварий в виде рефератов, выполненных по литературным источникам. В каждом выпуске содержится около 200 статей. 4. Британский журнал Fire Prevention ежемесячно приводит описание случаев серьезных пожаров в Великобритании и их анализ. Публикуются также описания всех типов крупных пожаров за границей и их статистика. 5. Национальной ассоциацией пожарной защиты (NFPA.CIIIA) и Управлением данных по случаям пожаров (FIDO) собирается информация и проводится анализ крупных пожаров. Издание Fire Journal публикует аналитические обзоры о пожарах всех типов. Описания пожаров предоставляются за плату. 40 Простые базы данных могут содержать сведения о веществах, способных инициировать аварийный случай, или о виде аварий, но без детальной информации по каждому конкретному случаю, а также данные о пожарах, природных катастрофах и авариях на транспорте. Простые базы данных содержат список аварий и могут быть полезны для поиска детальной информации, которая может быть получена в более усовершенствованных базах данных или из средств массовой информации и интернет-ресурсов. В качестве дополнительных сведений в простых базах данных по авариям и инцидентам в промышленности могут быть представлены описания систем управления и действенности мер безопасности на практике. Блок моделирования распространения аварийного фактора включает в себя модели развития аварийных ситуаций и масштабов распространения загрязняющих веществ с учетом метеорологических условий, характеристик местности и др. Примером простых баз данных об авариях на потенциально опасных объектах являются системы тематического представления данных «Потенциально опасные объекты» (рис. 3.3), предназначенные для хранения и структурирования необходимых данных для мониторинга безопасности, к которым в частности относятся: характеристика объекта (объектов); порядок контроля безопасности; схема оповещения и порядок действия групп ликвидации аварий; порядку взаимодействия с подразделениями МЧС России. Профессиональные базы данных. Существует несколько профессиональных баз данных с регулярным обновлением информации. За каждый осуществляемый поиск вносится определенная плата. База данных MHIDAS. MHIDAS – база данных, созданная совместно с Управлением по охране здоровья и промышленной безопасности (H&SE) и Директоратом по безопасности и надежности (SRD), используется в Великобритании начиная с сентября 1986 г. Major Hazard Incident Data Acquisition System – система данных по крупным опасным происшествиям. Аварии, описания которых хранятся в БД, включают в себя инциденты с выбросами опасных веществ, которые принесли или могли принести ущерб за пределами территории промышленного предприятия. Включены также транспортные аварии. В MHIDAS содержится информация о более 10 000 аварий, которые происходили с 1964 г. В основном все эти аварии имели место в США и Великобритании, однако поступает информация и из других стран. Отчеты об аварийных ситуациях за последние 25 лет, содержащиеся в MHIDAS, со41 ставлены квалифицированными специалистами в области промышленной безопасности. Иногда также включается информация из газетных публикаций. Как правило, отчет составляется по прошествии одного года после аварии. Это позволяет завершить все исследования, подытожить выводы и окончательно оценить последствия. Рис. 3.3. Структура БД «Потенциально опасные объекты» База данных FACTS. FACTS (Failure and Accident Technical Information System) составлена научно-исследовательской организацией прикладных научных исследований (TNO) при правительстве Нидерландов. FACTS содержит информацию по 20 000 авариям. Некоторые данные в FACTS поступают из правительственных докладов, статей в газетах и журналах. База данных FACTS содержит информацию по списку аварий, составлена в соответствии с предметом поиска, имеет краткий обзор конкретной аварии и в ряде случаев расширенное описание аварийного события. База данных по аварийным ситуациям BP Chemicals. Описание 3000 аварий было взято из внутренних отчетов крупной нефтяной компании British Petroleum (ВР), которые составлялись в течение многих лет и переданы для использования в целях обеспечения безопасности производственной деятельности. Информация, содержащаяся в этой базе, не доступна из других источников. 42 Это относительно новая база данных, содержащая около 8000 подробных отчетов по авариям и предаварийным ситуациям, составленных Институтом инженеров-химиков Великобритании, организацией соблюдающей профессиональные интересы инженеров-химиков. Отчеты об авариях написаны квалифицированными специалистами и большинство отчетов содержат раздел «Уроки аварий». Поиск необходимой информации значительно легче, по сравнению с другими базами данных. База данных NTSB. Национальный комитет по вопросам безопасности транспорта (The National Transportation Safety Board – NTSB) является структурным подразделением правительства США. Комитет занимается регистрацией отчетов по авариям и катастрофам и публикует выдержки из данных документов в Интернете. Также существует возможность получения некоторых отчетов через Интернет или бесплатного заказа доставки полной версии отчетов. Все аварии, регистрируемые NTSB, имеют отношение к транспортной инфраструктуре. Это трубопроводы, дороги, железнодорожные перевозки опасных продуктов. Данная база данных не является поисковой, и для того чтобы найти необходимую информацию, нужно знать некоторые детали происшествия или аварии. База данных MARS. Система отчетности по крупным авариям (Major Accidents Reporting System – MARS) функционирует под эгидой Европейской комиссии в Объединенном исследовательском центре в Испре (Италия). Официальные власти стран-членов ЕС обязаны предоставлять в MARS отчеты по крупным авариям. В свою очередь Еврокомиссия обязана вести учет аварий для предотвращения серьезных аварий в будущем. База данных доступна через Интернет в режиме on-line. Отчеты также публикуются в ежегоднике, выпускаемом Объединенным исследовательским центром в Испре. Все аварии анализируются экспертами, приводится описание прямых и сопутствующих причин аварий. 3.2.2. Формирование информационных ресурсов территориального уровня Интеллектуальное ядро системы, направленной на обеспечение безопасности территории, дает возможность сбора, обработки и распределения разнородной мониторинговой информации. Основные функции системы: 43 1) сбор и накопление информации, поступающей от информационно-измерительной сети (служб, ведомств, природопользователей и др.); 2) оперативный анализ текущей экологической обстановки; 3) накопление и архивирование данных измерений и наблюдений, информационный поиск и доступ к архивной информации; 4) математическое моделирование экологических процессов, анализ и прогноз динамики загрязнений; 5) информационное обслуживание пользователей (локальных и удаленных); 6) управление режимами работы системы мониторинга. В общую структуру аппаратных средств мониторинга безопасности на территориальном уровне входят три уровня сети наземных измерений. Низовой уровень мониторинговой сети представлен стационарными постами контроля уровня загрязнения воздушного бассейна и природных вод, передвижными и стационарными лабораториями для оценки состояния атмосферы, воды, почвы, снега, передвижными станциями контроля, инспекционными службами, службами получения данных от населения. Число стационарных и передвижных станций и постов определяется результатами исследований, расчетов на имеющихся моделях природно-техногенной геосистемы, а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой. На среднем уровне сети работают центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач. Высший уровень сети − пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки. Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды. К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы, устройства загрузки данных, устройства передачи данных и др. Для объединения и синтеза данных разнородных датчиков и систем, использующих различные принципы действия, обладающих различным качеством, значимостью и объемом извлекаемой информации, в единое информационное пространство необходим единый вычислительный центр сети мониторинга, который выполняет следующие функции: 44 • управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности; • сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений; • ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа; • обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.; • подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т.п.; • передача информации в автоматическом режиме в вычислительный центр. Структура системы мониторинга безопасности на территориальном уровне включает в себя программно-аппаратные комплексы, объединенные в локальную вычислительную сеть (рис. 3.4). Рис. 3.4. Потоки экологической информации Коммуникационный комплекс обеспечивает организацию обмена данными с измерительными звеньями и удаленными терминалами центра по каналам вычислительных сетей, радио или телефонным каналам с возможностью двустороннего инициирования сеансов, осуществляет 45 круглосуточный прием информации, поступающей от информационноизмерительной сети. Предусмотрено формирование государственного фонда данных экологического мониторинга, которым могут воспользоваться органы власти, хозяйствующие субъекты и другие заинтересованные лица. Диспетчерский комплекс – автоматизированное рабочее место диспетчера центра мониторинга, ведущего текущий контроль экологической ситуации на территории. Диспетчер осуществляет контроль работоспособности измерительных звеньев системы, выбор режимов их функционирования, а также оперативный анализ текущей экологической обстановки и принятие в случае ее осложнения необходимых мер. Геоинформационный моделирующий комплекс позволяет в режиме реального времени осуществлять математическое моделирование экологической ситуации, оценку и прогноз развития экологической обстановки. Комплекс обеспечивает картографическое представление результатов моделирования с использованием геоинформационных технологий. Архивный комплекс – система ведения баз измерительных данных, предоставляет широкие возможности доступа к информации, информационного поиска, статистической обработки измерительных данных, генерации отчетов, формирования графиков. Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга обеспечивает регулярную (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т.п.) передачу данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий, передачу данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях и от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т.п.) по каналам связи. Информация, передаваемая от стационарных постов и передвижных лабораторий, передается достаточно часто. Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1–2 раза в сутки, объем их достаточно велик (до нескольких десятков килобайт). Опыт показывает, что ряд негативных процессов и явлений, происходящих в окружающей среде, может потребовать больших финансовых и человеческих усилий для их предотвращения. Одна из задач практической реализации оперативного мониторинга связана со скоростью и надежностью передачи данных, сокращению времени от выявления проблемы до принятия адекватного решения по предотвращению распространения фактора риска. 46 К важнейшим задачам мониторинга безопасности относятся вопросы разработки новых технологий, связанных с обработкой получаемой информации. Наличие такой технологии позволяет оптимально объединить в единое информационное поле и синтезировать данные разнородных датчиков и систем с различным качеством, значимостью и объемом извлекаемой информации. 3.3. Эколого-географическая характеристика территории с использованием ГИС-технологий Современное решение задач обеспечения безопасности как объектного, так и территориального уровней невозможно представить без технологий, связанных с обработкой и представлением получаемой информации на основе современных web- и ГИС-технологий. ГИС-технологии включают в себя географическое информационное картографирование и непосредственно геоинформационные системы (ГИС). Географическая информационная система – информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных. Одна из основных функций ГИС – создание и использование электронных карт, атласов и иных картографических носителей. Современные ГИС интегрируют картографическую информацию и данные дистанционного зондирования, гидрометеорологические наблюдения и экологический мониторинг, статистику и экспедиционные материалы полевых исследований. По территориальному охвату различают глобальные, или планетарные ГИС (global GIS), субконтинентальные, национальные, региональные (regional GIS), субрегиональные и локальные (local GIS). Территориальные уровни ГИС и соответствующие им масштабы приведены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Территориальные уровни ГИС Вид Глобальные Национальные Региональные Муниципальные Локальные Охват территории, км2 5 · 108 104–107 103–105 103 102–103 Масштаб 1 : 1000 000 – 1 : 100 000 000 1 : 1000 000 – 1 : 10 000 000 1 : 100 000 – 1 : 2500 000 1 : 1000 – 1 : 50 000 1 : 1000 – 1 : 100 000 47 К обязательным признакам ГИС относятся: • географическая (пространственная) привязка данных; • генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся данных; • отражение пространственно-временных связей объектов; • обеспечение принятия решений; • возможность оперативного обновления баз данных за счет вновь поступающей информации. Структура данных в ГИС представлена на рис. 3.5. Рис. 3.5. Структура данных в ГИС ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские или муниципальные ГИС (urban GIS), природоохранные ГИС (environmental GIS), туристические и т.п. ГИС подразделяют и по проблемной ориентации: земельные, кадастровые, экологические, ресурсные и др. 48 Комплексное решение задач экологически ориентированных ГИС урбанизированных территорий подразумевают оценку состояния компонентов окружающей среды, анализ данных текущего надзора (санитарного, природоохранного, технического, пожарного и др.), перевод качественных оценочных характеристик природных ресурсов в стоимостные показатели, оценку загрязняющего воздействия от производственных зон, оценку перспектив развития городских территорий, функциональном зонировании территорий и др. Для мониторинга безопасности актуальным направлением ГИС является оценка экологических ситуаций и опасных природных явлений, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обеспечение экологической безопасности страны и регионов, экологическая экспертиза новых и реконструируемых промышленных объектов. Общая структура экоинформационной системы включает в себя блоки с базами данных текущего надзора и экологического мониторинга, нормативно-методической и правовой информацией, а также различные алгоритмы моделирования покомпонентного и комплексного анализа состояния территории (рис. 3.6). Рис. 3.6. Схема комплексного эколого-географического анализа территории на базе ГИС-технологий 49 ГИС-технологии имеют определенные преимущества при создании и использовании карт в реальном или близком к реальному масштабе времени для своевременного информирования пользователей и принятия решений и регулирования процесса. При этом реальный масштаб времени понимается как характеристика скорости создания и использования карт с немедленной обработкой поступающей информации, ее картографической визуализацией для оценки, мониторинга, управления, контроля быстроизменяющихся процессов и явлений. Оперативные карты предназначаются для инвентаризации объектов, предупреждения о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля. При возникновении чрезвычайных ситуаций, связанных с выбросом токсичных веществ или распространением опасных природных факторов территориальные ГИС позволяют получить информацию о площади (масштабах) воздействия, градиенте изменений опасных концентраций во времени и пространстве, количестве пострадавших и др. Исходными данными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмических съемок, непосредственных наблюдений и замеров, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация. Информационно-аналитический комплекс производственного объекта или территории на базе ГИС-технологий использует следующее программное обеспечение: • картографический векторный редактор ArcGIS Arclnfo версии 9.0 и выше; • ГИС пользователя ArcGIS Arc View версии 8.0 и выше; • ГИС пользователя Arc View 3.2; • сервер баз данных – Microsoft SQL Server 2000; • ArcSDE версии 9.0 и выше (обеспечение возможности одновременного многопользовательского редактирования и представления баз данных); • ArcIMS версии 3.0, для публикации карт и ГИС – функций в Интернет; • модуль ArcGIS Publisher (подготовка картографических материалов для распространения в электронном виде и визуализации бесплатным приложением ArcReader); 50 • модуль расширения Spatial Analyst (пространственное моделирование и анализ); • УПРЗА «Эколог-город», версия 3.0 или AirViro 3.1 (моделирование рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе); • WQM (моделирование распространения загрязняющих веществ от стационарных источников в водотоках). Лидерами в области глобальных ГИС в настоящее время являются продукты двух фирм – это система ArcFM американской фирмы ESRI и MapInfo корпорации INTERGRAPH. Кроме того, многие фирмы, занимающиеся вопросами, связанными с землевладением или землепользованием создают свои прикладные ГИС. По результатам опросов, обзорам публикаций, рынок ГИС-систем в России и СНГ представлен следующим образом: 36 % рынка занимает программное обеспечение ESRI Inc. – ArcInfo, ArcView, ArcCAD и др.; 17 % рынка принадлежит MapInfo; по 11 % Autodesk с системами AutoCAD MAP, World, MAPGuide и GeoGraph (Russia 4 %) – Bentley; по 3 % удерживают Ziegler с CADDY и ERDAS Inc. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Чем подтверждается тезис «Научно-технический прогресс – источник потенциальных опасностей»? 2. Перечислите принципы организации мониторинга состояния окружающей среды, мониторинга экологической безопасности источников антропогенного воздействия. 3. Какие разделы включает в себя программа мониторинга? В чем отличие рекогносцировочных, режимных и оперативных наблюдений? 4. Какими нормативно-правовыми документами регулируются вопросы обеспечения безопасности в техносфере и организации мониторинга изменения состояния окружающей среды? 5. В чем состоит суть Концепции национальной безопасности РФ? Какими особенностями характеризуется Стратегия социально-экономического развития Приволжского федерального округа? 6. Какие основные федеральные законы обеспечивают нормативноправовую базу системы национальной безопасности? 7. Раскройте структурную организацию мониторинга безопасности в РФ. Какие функции мониторинга безопасности выполняют МПР РФ, Росгидромет, МЧС РФ? 51 8. Охарактеризуйте программу мониторинга безопасности для штатного режима работы промышленных объектов. Охарактеризуйте программы оперативного мониторинга. Охарактеризуйте программы мониторинга для оценки отдаленных экологических последствий. 9. Перечислите принципы формирования информационных ресурсов для территории и источники получения информации. 10. Какие базы данных по авариям отражают региональную безопасность субъектов Федерации? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: учеб. для студ. вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 495 с. 2. Потапов Б.В., Радаев Н.Н. Экономика природного и техногенного рисков. – М.: Деловой экспресс, 2001. – 513 с. 3. Батракова Г.М., Вайсман Я.И., Рудакова Л.В. Экологический мониторинг: учеб.-метод. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. унта, 2007. – 218 с. 4. Пашкевич М.А., Шуйский В.Ф. Экологический мониторинг: учеб. пособие / С.-Петерб. гос. горн. ин-т (технический университет). – СПб., 2002. – 89 с. 5. Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощеков А.Г. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях: учеб. пособие для вузов. – М.: Академический Проект, 2005. – 352 с. 52 Модуль 2 МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ РИСКА И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА Тема 4. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ РИСКА Чрезвычайные ситуации природного характера (стихийные бедствия) в последние годы имеют тенденцию к росту. Активизируются действия вулканов (Камчатка), учащаются случаи землетрясений (Камчатка, Сахалин, Курилы, Забайкалье, Северный Кавказ), возрастает их разрушительная сила. Почти регулярными стали наводнения (Дальний Восток, Прикаспийская низменность, Южный Урал, Сибирь), нередки оползни вдоль рек и в горных районах. Экстремальные проявления погодных явлений, таких как гололед, снежные заносы, бури, ураганы и смерчи часто имеют масштабные последствия на урбанизированных территориях, повышают риск возникновения техногенных аварий и аварий на транспорте. Как показали события жаркого лета 2010 г., природные пожары способны дестабилизировать жизнь в масштабе целых регионов страны. В Федеральном законе РФ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» понятие «чрезвычайная ситуация» (ЧС) определяется как «обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери или нарушения условий жизнедеятельности людей». Источником природной ЧС является опасное природное явление или процесс (ГОСТ Р 22.0.03–95). Опасное природное явление – стихийное событие природного происхождения, которое по своей интенсивности, масштабу распространения или продолжительности может вызвать отрицательные последствия для жизнедеятельности людей, экономики и природной среды. Стихийное бедствие – катастрофическое природное явление (или процесс), которое может вызвать многочисленные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб и другие тяжелые последствия. 53 Отдельной группой в ЧС природного характера могут рассматриваться биолого-социальные факторы риска, связанные с массовыми заболеваниями. Их источником является особо опасная или широко распространенная инфекционная болезнь людей, сельскохозяйственных животных и растений (ГОСТ Р 22.0.04–95). Общая классификация учитывает тип и виды природных явлений, лежащих в основе чрезвычайных событий (см. рис. 1.3); масштаб распространения; возможность предсказания (предвидения события); длительность и повторяемость явления. Мониторинг опасных метеорологических явлений и процессов в ЧС является составной частью государственного мониторинга и прогнозирования окружающей природной среды (ГОСТ Р 22.1.01–95). Мониторинг осуществляется организациями, специально уполномоченными для ведения мониторинга окружающей среды в целях своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на состояние среды обитания, разработки и реализации мер по предотвращению опасных последствий этих процессов. Мониторинг безопасности направлен на изучение особенностей проявления природных факторов риска и оптимальных методов их предсказания и прогнозирования масштабов распространения. Возможность прогнозирования проявления опасного природного явления, безусловно, позволяет значительно сократить число жертв и размеры ущерба, а для ряда факторов – успешно противостоять и сокращать масштаб их распространения. Уполномоченные органы по проведению осуществляют сбор, обработку, обобщение, накопление, хранение и распространение информации на местном (локальном), региональном (территориальном), федеральном уровнях. Информационные системы должны иметь организационное, программное, техническое, математическое, методическое, лингвистическое, метрологическое и правовое обеспечение. Чрезвычайные ситуации делят по виду неблагоприятных и опасных природных явлений на следующие группы: 1. Геологические: землетрясения, извержения вулканов и др. 2. Морские гидрологические: тропические циклоны (тайфуны), цунами, сильное волнение, ранний ледяной покров и припай, напор и дрейф льдов и др. 3. Гидрологические на водных объектах суши: высокие уровни воды (наводнения), заторы, зажоры, ранний ледостав и появление льда на судоходных участках и др. 54 4. Метеорологические и агрометеорологические: ураганы, бури, смерчи, торнадо, град, дождь, снегопад, гололед, экстремальное повышение и понижение температуры и т.д. Фактором, опасным для экологически нагруженных территорий, является совокупность неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), препятствующих рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере. В отдельную группу опасных природных явлений отнесены экзогенные геологические явления, происходящие на поверхности Земли и в верхних слоях литосферы: оползни, сели, обвалы, лавины, просадки и др. Мониторинг опасных проявлений этих процессов основан на геофизических методах наблюдения и прогнозирования последствий. Организация мониторинга природных пожаров (лесных, торфяных, степных) выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 22.1.09–99. По методам наблюдения за проявлением факторов ЧС природного характера выделяют наземные средства наблюдений и измерений и методы дистанционного мониторинга, в том числе возможности методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Рассмотрим некоторые виды и методы предупреждения опасных природных факторов риска, распространенных на территориях субъектов РФ. 4.1. Землетрясения Землетрясения – подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). За год на Земле происходит несколько сотен тысяч землетрясений, т.е. в среднем 1–2 в минуту. Землетрясения в России случаются часто. Только с конца 1990-х гг. произошло около 30 значительных, с силой толчков более 7 баллов. К сейсмически опасным районам в РФ относится Дальневосточный регион, Восточная Сибирь, Якутия, Кавказ, побережья Каспийского и Черного моря, Карпаты. В целом, землетрясения в России угрожают территориям проживания более 20 млн чел. 55 В зависимости от причин землетрясения разделяют на следующие виды: y эндогенные, связанные с глубинными процессами; y экзогенные; случаются при подземных обвалах, взрывах газов, обвалах скал, ударах метеоритов, падения воды с большой высоты и др.; y обвальные, вызванные обвалами и большими оползнями; имеют локальный характер и небольшую силу; y техногенные, вызванные деятельностью человека; y вулканические – разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана; y землетрясения искусственного характера, например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при подземном ядерном взрыве (тектоническое оружие). В мире используется несколько шкал интенсивности землетрясений: y в Европе – европейская макросейсмическая шкала (EMS-98); y в Японии – шкала Японского метеорологического агентства (Shindo); • в США и России – модифицированная шкала Меркалли (MM). Таблица 4.1 Шкала Медведева – Шпонхойера – Карника (МСК-64) Балл Сила землетрясения Краткая характеристика 1 Незаметное сотрясение Отмечается только сейсмическими приборами почвы 2 Очень слабые толчки Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя 3 Слабое Ощущается лишь небольшой частью населения 4 Умеренное Распознается по легкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стекол, скрипу дверей и стен 5 Довольно сильное Под открытым небом ощущается многими, внутри домов – всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стеклах и штукатурке. Пробуждение спящих 6 Сильное Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются 56 Окончание табл. 4.1 Балл Сила землетрясения 7 Очень сильное 8 Разрушительное 9 Опустошительное 10 Уничтожающее 11 Катастрофа 12 Сильная катастрофа Краткая характеристика Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти совершенно разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озерах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает В России применяется наиболее широко используемая в мире 12балльная шкала Медведева – Шпонхойера – Карника (МSK-64), которая лежит в основе СНиП-11-7–81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ (табл. 4.1). В странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси – Фореля, в Японии – 7-балльная шкала. Сравнение разных видов шкал и характеристика глубины очага землетрясения представлены в табл. 4.2. Таблица 4.2 Сравнение шкал интенсивности землетрясений Параметры сравнения Магнитуда землетрясения по шкале Рихтера 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Глубина очага землетрясения, км 3 5–10 5 Интенсивность сотрясений на поверхности по шкале MSK-64, баллы 7 6 8 10 10 20 15 30 25 40 7 8–9 7–8 9–10 8–9 10–11 9–10 57 Прямыми воздействиями в зоне землетрясений являются: 1. Пожары на объектах антропогенной среды, ведущие к экологическим последствиям. 2. Прорывы водохранилищ с образованием водяного вала ниже плотин. 3. Разрывы нефте-, газо- и водопроводов, разлитие нефтепродуктов, утечка газа и воды. 4. Выбросы вредных химических и радиоактивных веществ в окружающую среду, вследствие повреждения производственных объектов, коммуникаций, хранилищ. 5. Нарушения надежности и безопасного функционирования военно-промышленных и военно-оборонительных систем, спровоцированные взрывы боеприпасов. В большинстве случаев ареал (зона) изменений не превышает 100– 200 км от эпицентра землетрясения. Значимыми с экологических позиций вторичными последствиями землетрясений являются неблагоприятные изменения ландшафтных условий (оголение горных склонов, заваливание долин, гидрологические и гидрогеологические изменения), ухудшение качества атмосферного воздуха (пыль, аэрозоли, продукты горения), снижение качества воды, качества и емкости рекреационных ресурсов, а также сокращение пищевой базы (гибель запасов, потеря скота, вывод из строя или ухудшение качества сельскохозяйственных угодий), рост заболеваний и нарушение воспроизводства населения, возникновение эпидемий и эпизоотий. Организация системы мониторинга. Объект геофизического мониторинга природных землетрясений – сложная природная геосистема, элементами которой являются блоки различных размеров и конфигурации, связанные между собой различными пространственно-временными и физическими отношениями. Известно более сотни предвестников землетрясений, из них реально учитывается около 20. Сильное землетрясение имеет предвестники: аномальные деформации земной коры; изменения сейсмичности (сейсмический режим), структуры геомагнитных и геоэлектрических полей, температуры и химического состава подземных вод и других характеристик. Методы геофизического мониторинга: y традиционные геофизические методы (геоэлектрические, сейсмические, гравимагнитные, тепловые); 58 y специальные виды геофизических наблюдений с использованием высокочувствительной аппаратуры (наклономеры, измерители микроускорений, деформографы, высокоточные гравиметры, барографы, термометры и др.). Сейсмические наблюдения и прогноз землетрясений в РФ осуществляются Федеральной системой сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений, в которую входят учреждения и наблюдательные сети Российской академии наук, МЧС России, Минобороны России, Госстроя России и др. Важную роль в мониторинге и прогнозировании землетрясений выполняет Минприроды России: Центр ГМСН ФГУГП «Гидроспецгеология» (Федеральный центр ГМСН), Научный центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ), ОАО «Российские космические системы» – космический мониторинг предвестников землетрясений. Всемирная сеть цифровых сейсмических станций (FDSN) включает в себя несколько известных ведущих мировых центров: Кембридж, Обнинск, Сан-Диего, Токио и др. В своей работе они используют Интернет и предоставляют доступ к информации. На вейб-сайтах можно найти данные о распространении сейсмических волн, оригинальные записи землетрясений, сведения об исторической сейсмичности региона и др. Глобальная сеть прогнозирования землетрясений (GNFE) создана в 2008 г. Основной целью GNFE является краткосрочное прогнозирование землетрясений и оперативное оповещение стран, входящих в состав Глобальной сети, о прогнозируемых сильных толчках. Одним из самых быстрых источников информации о землетрясениях по всему миру является GEOFON – первая полностью автоматизированная система. Только после получения информации от нее сейсмологи лично проверяют полученную информацию. GEOFON состоит из ряда виртуальных сетей, а это более 700 станций, работающих в режиме реального времени, станций, совмещенных с одной из партнерских сетей VEBSN (Виртуальная европейская широкополосная сейсмическая сеть). Программа мониторинга землетрясений, как опасных геологических явлений (по ГОСТ Р 22.1.06–99), представляет собой перечень объектов мониторинга и факторов, обусловливающих активность опасного геологического явления; виды контролируемых параметров и показателей для сейсмического и геодинамического режимов; рекомендуемую периодичность контроля. 59 Так, предметом мониторинга в указанной программе являются территории с активной сейсмогеодинамической обстановкой в последние 100 000 лет и районы проявления возбужденной сейсмичности. К факторам, обусловливающим активность опасного геологического явления, отнесены: • активизация тектонических движений в литосфере и мантии земли, сопровождаемая возникновением аномальных напряжений в земной коре; • активные разломы, растущие антиклинали, тектонические узлы, петрофизические неоднородности литосферы и мантии земли с высокими градиентами физических свойств пород и тектонических напряжений; • экстремальные циклические и эпизодические процессы во внешних геосферах; • техногенное воздействие на геологическую среду. В перечень контролируемых параметров и показателей включены: 1) для сейсмического режима: • время возникновения землетрясения; • координаты эпицентра; • глубина очага; • магнитуда с уровнем представительности М 1,0–2,0; 3,0–3,5; 4,0– 4,5 соответственно для сейсмических сетей локального, регионального, федерального уровней; • эпицентральное расстояние; • азимут; • макросейсмические факторы (для сильных землетрясений); • интенсивность сотрясения (баллы) по шкале MSK-64; • пространственно-временное распределение слабых землетрясений (уровень сейсмического фона) и микросейсм; • график выделения энергии землетрясений во времени; • сейсмическая активность; • график повторяемости землетрясений и др. 2) для геодинамического режима: • вертикальные и горизонтальные движения земной коры, мм/год; • энергетические показатели упругого волнового поля, Дж/м3; • компоненты геофизических полей; • физические свойства пород; • компоненты полей напряжений и деформаций, в единицах смещения, скорости, ускорения, напряженности поля, град; 60 • уровень подземных вод, мм; • температура подземных вод, °С; • содержание, концентрация микро- и макрокомпонент газофлюидного поля; • значение температуры и градиент геотермического поля. Регулярные наблюдения должны проводиться с представительным опросом не реже одного раза в год для долгосрочного прогноза; одного раза в месяц для среднесрочного прогноза; для краткосрочного прогноза – один раз в день, в час или непрерывно (в зависимости от критичности ситуации). Виды методов наблюдения: сейсмологический, сейсмического просвечивания, геодезический, морфоструктурный, сейсмоакустический; электромагнитный, геоэлектрический, гидродинамический, гидрохимический, тектонофизический, геотермический, геомагнитный, гравитометрический, аэрокосмический, ионосферный. Технические средства наблюдений за землетрясениями. Система наблюдений предусматривает размещение измерительных приборов или датчиков на земной поверхности, на море и в литосферном пространства. Прогнозирование катастрофических деформаций, приводящих к возникновению техногенных землетрясений, осуществляется на основании комплексного анализа аномалий регистрируемых геофизических параметров, величины которых превышают их суточные. Комплекс определения уровня насосов в прибрежной зоне используется для регистрации уровня наносов и изменения береговой линии прибрежной зоны морей и сезонные колебания, связанные с природными изменениями геологической среды. В настоящее время в сейсмически опасных районах создаются пункты наблюдения за предвестниками. Их задача – предупреждение и оповещение населения о надвигающемся бедствии. Современная мировая сеть насчитывает свыше 2000 стационарных сейсмических станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедиционные сейсмографы, в том числе устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну (где 5 сейсмографов ежегодно регистрируют до 3000 лунотрясений), а также на Марс и Венеру. Современная сейсмическая станция – это хорошо организованный комплекс измерительного, регистрирующего и передающего оборудования. В оснащении пунктов наблюдения (буровые скважины, шахты, 61 шурфы, т.е. места с низким фоном сейсмических помех) основным измерительным прибором является сейсмограф с автоматической регистрацией. Устойчивость и возможность сохранения данных наблюдений обеспечивают акселерографы. Кроме этого, оборудование может дополняться устройствами для изучения уровня и химического состава грунтовых вод, наклономерами, измерителями напряжения электрического и магнитного полей в грунтах и атмосфере. Сейсмостанции могут работать в непрерывном и ждущем режиме работы. В первом случае регистрация ведется круглосуточно или в режиме, когда показания приборов снимаются автоматически 1–2 раза в час, во втором – регистрация начинается в момент землетрясения. 4.2. Цунами Цунами – длинные волны, порождаемые мощным воздействием на всю толщу воды в океане или другом водоеме. В открытом океане волны цунами распространяются с большой скоростью. При средней глубине 4000 м скорость распространения получается 200 м/с, или 720 км/ч. В открытом океане высота волны редко превышает 1 м, а длина волны (расстояние между гребнями) достигает сотен километров, и поэтому волна не опасна для судоходства. При выходе волн на мелководье, вблизи береговой черты, их скорость и длина уменьшаются, а высота увеличивается. Частота проявления цунами на Тихоокеанском побережье Камчатки и Курильских островах: при максимальном подъеме уровня воды свыше 23 м 1 раз в 100–200 лет; при подъеме от 8 до 23 м 1 раз в 50–100 лет; от 3 до 8 м 1 раз в 20–30 лет; 1–3 м 1 раз в 10 лет. Поражающим фактором цунами является затопление прибрежной полосы, подъемная сила воды, давление водного потока, ударное действие влекомого материала. Для характеристик опасности цунами применяются шкалы К. Ииды, А. Имамуры, Амбрейсиса и др. (табл. 4.3). Таблица 4.3 Шкала интенсивности цунами Балл Вид цунами 0 Очень слабое 1 Слабое 62 Число событий в период лет Волна отмечается лишь мареографами; Несколько раз высота волны до 1 м; высота подъема воды на берегу до 0,5–1 м Приводит к затоплению плоского по- Несколько раз бережья; высота волны до 2 м Характеристика Окончание табл. 4.3 Балл Вид 2 Средней силы 3 Сильное 4 Очень сильное 5 Катастрофическое (разрушительное) Число событий в период лет Плоские побережья затоплены, легкие 2 суда могут быть выброшены на берег. В воронкообразных устьях рек течение может временно меняться на обратное. Высота волны 2 м 1 Побережье затоплено, прибрежные постройки и сооружения повреждены. Крупные парусные и небольшие моторные суда выброшены на сушу, а затем снова смыты в море. Берега засорены обломками и мусором. Высота волны средняя 2–4 м, максимальная 8 м Приморские территории затоплены. 0,5 Волноломы и молы сильно повреждены, суда выброшены на берег. В устьях рек высокие штормовые нагоны. Человеческие жертвы. Высота волны средняя 4–8 м, максимальная до 10–20 м Полное опустошение побережья и 0,1 приморских территорий по фронту более 500 км. Суша затоплена на значительное пространство вглубь от берега моря. Самые крупные суда повреждены. Много жертв. Высота волны средняя 8–16, максимальная до 30 м Характеристика Наиболее распространенные причины возникновения длинных волн: 1. Подводное землетрясение (около 85 % всех цунами). При землетрясении под водой образуется вертикальная подвижка дна: часть дна опускается, а часть приподнимается. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню – среднему уровню моря, – и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. 2. Оползни (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень и он же генерирует волну. 9 июля 1958 г. в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны. 63 3. Вулканические извержения (около 5 % всех цунами). При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру в результате чего возникает длинная волна. Классический пример – цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 г., когда огромные цунами наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности 5000 кораблей, погибло 36 000 чел. Другими возможными причинами могут быть: y человеческая деятельность. В век атомной энергии появилось средство вызывать сотрясения земной поверхности. В 1946 г. США произвели в морской лагуне глубиной 60 м подводный атомный взрыв с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т. Возникшая при этом волна на расстоянии 300 м от взрыва поднялась на высоту 28,6 м, а в 6,5 км от эпицентра еще достигала 1,8 м; y падение крупного небесного тела; имея огромную скорость падения (десятки километров в секунду), данные тела имеют колоссальную кинетическую энергию, их масса может достигать миллиарды тонн; y ветер, как причина образования метеоцунами, когда при резком изменении давления или при быстром перемещении аномалии атмосферного давления, возможно образование короткопериодных волн (до 20 м). Это явление наблюдается на Балеарских островах и называется риссага. Предвестниками цунами бывают: • Внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем выше могут быть волны цунами. В случае телецунами волна обычно подходит без отступления воды. • Землетрясение, при этом эпицентр землетрясения находится, как правило, в океане. Энергия цунами составляет от 1 до 10 % энергии вызвавшего его землетрясения. На берегу землетрясение обычно гораздо слабее, а часто его нет вообще. • Необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование трещин в припае. • Громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов, образование толчеи, течений. Последствия цунами: • гибель большого числа людей; • разрушение зданий, сооружений, транспортных магистралей; • изменение рельефа местности; 64 • привнесение морских обитателей; • аварии на промышленных объектах и др. Следствием проявления цунами на суше являются разрушение экосистем, переселение большого числа людей; голод и нехватка питьевой воды в пострадавших районах. Обсуждаются и такие последствия, как изменение климата и смещение земной оси. Организация системы мониторинга. Наиболее распространенным является магнитудно-географический метод определения опасности возникновения цунами. Для прогноза цунами, которые распространяются после подводного землетрясения, используют два критерия: 1) географическое расположение эпицентра землетрясения в определенной области океана; 2) превышение порогового для этой области значения магнитуды. При регистрации подводного землетрясения сейсмическая информация поступает в пункт (центр) сейсмологической подсистемы, который рассчитывает и оценивает параметры землетрясений: координаты эпицентра, глубину гипоцентра землетрясения, магнитуду, цунамигенность землетрясения. Системы предупреждения цунами строятся главным образом на обработке сейсмической информации. Если землетрясение имеет магнитуду более 7 баллов по шкале Рихтера и центр расположен под водой, то подается предупреждение о цунами. Предупреждение «по факту» полезно для глобальных цунами (телецунами), оказывающих влияние на весь океан и приходящих на другие границы океана спустя несколько часов. Для выявления волн цунами в открытом океане используются придонные датчики гидростатического давления. Глубоководная система предупреждения, основанная на таких датчиках со спутниковой связью с приповерхностного буя, разработанная в США, называется DARТ (рис. 4.1). Обнаружив волну тем или иным образом, можно достаточно точно определить время ее прибытия в различные населенные пункты. В РФ действуют следующие службы предупреждения: y Международная координационная группа по системе предупреждения и уменьшения ущерба от цунами в Тихом океане – Тихоокеанский центр предупреждения о цунами (ТЦПЦ). y Данные дистанционного мониторинга на космических спутниках. y Региональные центры предупреждения цунами. y Местные территориальные центры цунами. 65 Рис. 4.1. Система DARТ для регистрации сейсмических толчков на дне океанов К системе предупреждения могут быть отнесены законодательная база по застройке прибрежной зоны и образовательные программы по природным катастрофам. Российскую службу предупреждения цунами координируют: 1. Министерство РФ по делам гражданской обороны, ЧС и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России). 2. МПР и экологии РФ. 66 3. ФС по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). 4. Геофизическая служба РАН. 5. Мининформсвязи России, Россвязь, операторы связи. В связи с созданием в 2003 г. Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) служба предупреждения о цунами получила статус функциональной подсистемы ФП РСЧС-Цунами. В 2006 г. создана модернизированная система предупреждения цунами (СПЦ) (рис. 4.2, 4.3). СПЦ включает в себя: y 11 широкополосных цифровых сейсмических станций с сейсмическими микрогруппами; y 16 пунктов регистрации станций сильных движений; y 3 региональных сейсмических информационно-обрабатывающих центра; y 23 береговых автоматизированных уровенных поста; y 3 территориальных Центра предупреждения о цунами; y комплекс донной гидрофизической станции в открытом океане, высокоскоростные каналы сбора и распространения информации, современные технологии и средства для оповещения об угрозе цунами. Рис. 4.2. Сеть наблюдений системы предупреждения цунами Функции подсистем. Сейсмическая система обеспечивает: y непрерывные наблюдения за сейсмологической обстановкой на акватории Тихого океана, включая Японское, Охотское и Берингово моря в круглосуточном непрерывном режиме; 67 y обработку сейсмических сигналов в автоматическом и автоматизированном режимах для оперативного определения параметров сильных землетрясений (время в очаге, координаты, магнитуда, глубина гипоцентра) на акватории Тихого океана и морях по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций и оценки их цунамигенности; y передачу результатов обработки сейсмологических данных (параметры очагов землетрясений) в центры СПЦ на региональном и федеральном уровнях; y принятие решения об угрозе цунами по одной станции, по локальной группе станций, по сети станций при близких цунамигенных землетрясениях; y передачу сигналов предупреждения о цунами на локальном, региональном и федеральном уровне по схемам оповещения СПЦ; y обмен данными наблюдений с российскими и международными сейсмологическими центрами и центрами предупреждения о цунами; • сбор, накопление и систематизация данных сейсмологических наблюдений, обобщение и анализ записей цунамигенных землетрясений в целях развития научно-методического и информационного обеспечения СПЦ. Рис. 4.3. Гидрофизическая сеть наблюдений Гидрофизическая сеть обеспечивает: y непрерывные наблюдения за уровнем моря и его измерением различными методами; y передачу измеренных данных в центры сбора и обработки данных соответствующего уровня СПЦ; 68 y обработку данных для обнаружения аномальных изменений уровня, фильтрацию гидрологических явлений, обнаружение цунамиподобных сигналов и идентификация волн цунами; y расчет характеристик волн цунами (времена вступления, амплитуды, периоды); y сбор и накопление первичных измерительных данных об уровне моря; y получение и накопление данных о проявлениях цунами на берегу (величине заплеска, характере воздействия на объекты). При очагах цунами в ближней зоне цунамизащищаемого пункта ответственность за объявление тревоги цунами возложена на Геофизическую службу РАН, одновременно параметры землетрясения передаются в центр предупреждения цунами. 4.3. Наводнение Наводнение – это различное по длительности временное значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или океане (ГОСТ 19179–73). Можно выделить природные условия, приводящие к резкому возрастанию количества воды, подъему уровня воды и затоплению: • таяние снега или ледников, расположенных в бассейне водного объекта, выпадение обильных осадков; • загромождение русла льдом при ледоходе (затор) или закупоривание русла под неподвижным ледяным покровом скоплениями внутриводного льда и образования ледяной пробки (зажор); • действие ветров, нагоняющих воду с моря и вызывающих повышение уровня за счет задержки в устье приносимой рекой воды; • прорывы плотин, оградительных дамб и др. Деятельность человека, ведущая к наводнениям: • стеснение живого сечения потока вдольрусловыми дорогами, дамбами, мостовыми переходами, что уменьшает пропускную способность русла и повышает уровень воды; • нарушение естественного режима расходов и уровней воды, например, в результате сезонного регулирования стока вышележащими водохранилищами. • освоение территорий в нижних бьефах водохранилищ, хозяйственное освоение пойм и др. 69 При наводнении возможно возникновение вторичных поражающих факторов: • обрушения зданий, сооружений (под воздействием водного потока и вследствие размыва основания); • заболеваний людей и сельскохозяйственных животных (вследствие загрязнения питьевой воды и продуктов питания) и др. Классификация наводнений в зависимости от масштаба распространения и повторяемости представлена в табл. 4.4. Таблица 4.4 Классификация наводнений по масштабу распространения и повторяемости Число событий в период лет 5–10 Низкие (малые) Наносят сравнительно незначительный ущерб. Охватывают небольшие прибрежные территории. Затопляется менее 10 % сельскохозяйственных угодий. Почти не нарушают ритма жизни населения Высокие Наносят ощутимый материальный и мораль20–25 ный ущерб, охватывают большие земельные участки речных долин, затапливают до 10– 15 % сельскохозяйственных угодий. Нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. Приводят к частичной эвакуации людей Выдающиеся Наносят большой материальный ущерб, охва50–100 тывая речные бассейны. Затапливают примерно 50–70 % сельскохозяйственных угодий, некоторые населенные пункты. Парализуют хозяйственную деятельность и резко нарушают бытовой уклад населения. Приводят к необходимости массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты наиболее важных хозяйственных объектов КатастрофиНаносят материальный ущерб и приводят к 100–200 ческие гибели людей, охватывая громадные территории в пределах одной или нескольких речных систем. Затапливается более 70 % сельскохозяйственных угодий, множество населенных пунктов, промышленных предприятий и инженерных коммуникаций. Полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад населения Класс 70 Масштабы распространения Факторами опасности, которые характеризуют наводнения и отслеживаются системами мониторинга безопасности, являются: • высота и скорость изменения уровня вод; • продолжительность периода подъема воды; • сопровождающие явления (ветер, оползни, размыв грунта, бурные потоки, уничтожение сельскохозяйственной продукции, скота, гибель людей и др.). Организация системы мониторинга опасных гидрологических явлений. Основная роль в обеспечении учета естественного и измененного режима водных объектов в количественных и качественных показателях принадлежит Росгидромету. Для контроля водохозяйственной деятельности, своевременного анализа и предупреждения паводковой ситуации служит автоматизированная система гидрологического мониторинга (АСГМ), которая обеспечивает: • предупреждение о возникновении угрозы паводков и наводнений; • моделирование поведения водных объектов; • расчет водных балансов; • периодическое измерение уровня воды в открытых водоемах с привязкой к реперным отметкам; • сбор результатов измерений в центральный пункт мониторинга и передачу тревожных сигналов при выходе значений уровня или скорости изменения уровня за допустимые пределы; • требования к обустройству гидропостов. Программный комплекс системы АСГМ обеспечивает прием информации с приборов, сохранение ее в единой базе данных, а также анализ результатов измерений и формирование отчетов. Система строится на базе автономных уровнемеров АДУ-02 и специализированного программного обеспечения, которое построено по клиент-серверной архитектуре и позволяет пользоваться данными системы авторизованным пользователям независимо от их местоположения через Интернет. На базе системы АСГМ могут строиться как локальные, так и региональные сети гидрологического мониторинга. Информация, полученная с помощью съемки с космических спутников и воздушных судов, широко используется для прогнозирования причин наводнений, развитие паводка или половодья, оперативного прогноза зон затопления, оценки ущербов, а также позволяет решать 71 задачи выбора защитных дамб для сдерживания наводнения, выявлять участки, которым еще угрожает затопление и т.д. Применение компьютерных алгоритмов обработки данных делает возможным автоматическое определение границы воды и суши, площадей затопленных земель, а также выявление территорий, находящихся в опасности из-за поднимающегося уровня воды. Система комплексных наблюдений за состоянием и изменением водных объектов включает в себя размещение режимных постов с учетом гидрологических характеристик объектов речного бассейна и сезонных изменений его параметров, в первую очередь, стока. Посты наблюдений располагаются не только на реках с оптимальным водосбором, но и на каждой относительно крупной, а также на некоторых более мелких реках, необходимых для изучения условий формирования стока. Число постов на малых реках, водосборы которых меньше оптимального, зависит от их значимости для конкретной территории. Обычно 15–30 % постов от общей численности наблюдательной сети размещается на малых реках, имеющих водосбор менее 500 км2. Изучение водного баланса каждого географического района проводится на 2–5 типичных водосборах средней площадью 10–20 тыс. км2 каждый. Они размещаются равномерно по территории районов. Дополнительно в каждом из этих водосборов могут быть выбраны более мелкие водосборы (до 5 тыс. км2). На гидрологических постах проводятся стандартные наблюдения за элементами гидрологического режима: сток воды, уровень воды, сток наносов, температура воды, ледовый режим, химический состав воды. Программа мониторинга представлена в табл. 4.5. Характеристики основного поражающего фактора наводнения – потока воды – оцениваются следующими показателями: • максимальный уровень воды за время наводнения (в рассматриваемом створе реки), м (или см); • максимальный расход воды за время наводнения (в рассматриваемом створе реки), м3/с; • скорость течения (в рассматриваемом створе реки), м/с; • площадь затопления местности, км2; • продолжительность затопления местности, недели, сутки, часы; • повторяемость величины максимального уровня воды, годы, месяцы; 72 73 Затор. Зажор Наименование опасных гидрологических явлений и процессов Исходные явления, Мониторинг Характер дейстпроцессы и перечень Наблюдаемые Способы Режим мони- Прогнозируе- вия и проявлеих основных парамет- и контролимые параметры ния поражаюи средства торинга ров, определяющих руемые пара- наблюдений щего фактора развитие опасных опасного гидрометры гидрологических явлогического явлений и процессов ления, процесса Весенние (осенние) СреднесуВизуальные и СтандартГидродинамиМаксимальскопления льда и шуги точное значе- инструменталь- ный гидроло- ный уровень ческое давление в заторообразующих ние расхода ные наблюдения гический мо- весеннего поло- воды. узкостях русел рек при воды, м3/с. с помощью тех- ниторинг. водья, см. Подъем уровнизких температурах Уровень во- нических средств Учащенный Максимальня воды. воздуха, образующих ды, см. по ГОСИ 18458. гидрологиче- ный заторный Ударное мехачастичное перекрытие Время на- Авиационно- ский монито- уровень у задне- ническое возстока реки. ступления ле- космические действие заторринг в период го пункта, см. Заторные подъемы достава, дата. съемки зон за- действия Расчетное ного льда. уровня воды, см. Время начала торов, зажоров опасного гид- время упражне- Размывание и площадей рологическо- ния прорыва затопление береТолщина льда, см. ледохода, дата. и Длительность затопления затора, сут гов с разрушениго явления Прочность льда, %. ем прибрежных Время наступления осеннего ледо- территорий. паводковых процессов хода, сут. сооружений. Авиационно(время воздействия Максималь- космические Затопление волны половодья, сут) ный уровень средства наблютерритории воды в начале дения и контроля ледостава. Программы мониторинга опасных гидрологических явлений Таблица 4.5 74 Продолжение табл. 4.5 Исходные явления, Мониторинг Характер дейстпроцессы и перечень Прогнозируе- вия и проявлеНаблюдаеСпособы и Режим моНаименование их основных парамет- мые и конниторинга мые параметры ния поражаюсредства наопасных гидроров, определяющих тролируемые щего фактора блюдений логических явлеразвитие опасных опасного гидропараметры ний и процессов гидрологических явлогического явлений и процессов ления, процесса Расход воды у перемещающихся вверх по течению кромки льда, м3/с. Отношение толщины льда (шуги) к глубине реки у кромки льда, % Наводнение. Слой выпавших осад- Высота подъ- Визуальные и СтандартВысота подъ- ГидрологичеПоловодье. Па- ков в бассейне реки, ема уровня во- инструменталь- ный гидроло- ема уровня во- ское воздейстснегозапас, мм. ные наблюдения гический мо- ды, см водок ды, см. вие на берегоРасход воды, м3/с. Температу- с помощью тех- ниторинг. вые сооружения, подъема ра воды и нических средств Учащенный размыв берегов Высота уровня воды, см воздуха, °С. по ГОСТ 19179 гидрологичепотоком воды. Количество Загрязнение ский монитоосадков, мм/сут, гидросферы, ринг в период почв, грунтов. мм/ч. действия Затопление Расход воды, опасного гидм3/с. территории рологического явления 75 Окончание табл. 4.5 Исходные явления, Мониторинг Характер дейстпроцессы и перечень НаблюдаеСпособы и Режим мо- Прогнозируе- вия и проявлеНаименование их основных парамет- мые и консредства наниторинга мые параметры ния поражаюопасных гидроблюдений ров, определяющих тролируемые щего фактора логических явлепараметры развитие опасных опасного гидроний и процессов гидрологических явлогического явлений и процессов ления, процесса Площадь затопления территории, км2 Штормовой на- Ветер: скорость, м/с, Ветер: ско- Визуальные с СтандартШтормовые Размывание направление, град. гон воды рость, м/с, на- помощью тех- ный гидроло- ветры, направ- грунта. Высота нических подъема правление, гический мо- ленные на берег: Затопление средств уровня воды, см. град. по ниторинг. скорость, м/с, территории. Длительность дей- Высота подъ- ГОСТ 18458. Учащенный направление, Подпор воды в устьях реки ствия ветра, ч. ема уровня во- Авиационно- гидрологиче- град. космические ды, см. ский монито- Время дейстсредства на- ринг в период вия, ч. Длительи действия Высота подъность дейст- блюдения опасного гид- ема уровня, см вия ветра, ч. контроля рологическоПлощадь заго действия топления территории, км2 • обеспеченность максимального уровня воды, %; • температура воды во время наводнения, °С; • время начала (сезон) наводнения, месяц, дата; • скорость подъема (интенсивность подъема) уровня воды за время наводнения, м/ч, см/ч; • слой (глубина) затопления местности в рассматриваемой точке, м (или см). Приборы для гидрологических и океанологических наблюдений: • Комплекс ЭМИСТ-1 (стационарный). Используется для измерения скорости и направления течений, удельной электрической проводимости (солености), температуры и уровня воды. Отличительная особенность – применение двухкомпонентного электромагнитного датчика. • Комплекс с автономным электропитанием. Устанавливается стационарно на определенный период времени, информация записывается в память прибора или передается по кабелю связи в береговой компьютер. • Минизонд СТД-2. Применяется для измерений температуры, удельной электрической проводимости и глубины погружения в режиме зондирования (до 25 м – кабельный вариант, до 250 м – с автономным питанием на грузовом тросе). • Измеритель гидрологический ГМУ-2. Применяется для оценки уровня и температуры воды в прибрежной зоне морей, скважинах, колодцах, водохранилищах (кабельный – измерения в реальном времени, автономный – с записью данных в память прибора). • Комплекс определения наносов. Используется для регистрации уровня наносов и изменения береговой линии прибрежной зоны морей. 4.4. Снежная лавина Снежные лавины – одно из стихийных природных явлений, способных вызвать гибель людей и причинить значительные разрушения. Лавина – пришедшие в движение на склоне гор скользящие и падающие значительные массы снега. Лавиноопасные районы в пределах России занимают площадь 3077,8 тыс. км2, что составляет 18 % ее территории. Еще 4,8 % территории представляют собой потенциально опасные зоны, где рельеф благоприятствует лавинообразованию и в случае уничтожения растительности – естественной защиты от лавин – или же при возрастании количества твердых осадков будет возможно обрушение снежных масс со склонов. 76 Среди прочих опасностей лавины выделяются тем, что причиной их обрушения может стать деятельность человека. Непродуманное природопользование в горных регионах, выход на заснеженные склоны людей, сотрясения снежной толщи от техники приводят к активизации лавинной деятельности и сопровождаются жертвами и материальным ущербом. Лавины обладают большой скоростью движения (от 10–20 до 80– 100 м/с), процесс отрыва снежной толщи происходит мгновенно и движение характеризуется нарастающей скоростью от места отрыва вплоть до места остановки движущейся массы снега. Продолжительность лавин может быть от нескольких секунд до нескольких минут. Классификация лавин по их разрушительной способности приведена в табл. 4.6. Таблица 4.6 Характеристика разрушительного эффекта снежных лавин Размер лавины Разрушительный эффект Маленький Может сбить человека с ног, осов (снежный частично засыпать оползень) Небольшая лавина Ломает ветки деревьев, выдавливает окна, может ранить, засыпать и убить человека Средняя лавина Ломает молодые деревья, деревянные здания, автомашины Большая лавина Валит старый лес, разрушает каменные сооружения и металлические конструкции Гигантская лавина Выпахивает русло, разрушает железобетонные сооружения Превышение Объем лавиносбора, м лавины, м3 10 1–10 101–102 101–102 102 103–104 103 105–106 103–5·103 107 Лавиноопасным может считаться склон 15–20°, при толщине снега около 40 см. Бывают случаи схода лавин и с более пологих склонов (10–15°). Наибольшая опасность схода лавин возникает при толщине снега 50–70 см и крутизне склона 25–50°. 77 По форме начала движения лавины можно разделить на два типа: 1. Лавины из точки – сухие и мокрые. Сухие лавины обычно сходят из-за незначительного сцепления между недавно выпавшим или перенесенным снегом и плотной оледеневшей коркой, укрывающей склон. Причиной возникновения мокрых лавин является появление водяной прослойки между слоями снега с разной плотностью. Мокрые лавины имеют скорость схождения не более 50 км/ч. 2. Лавины от линии – «снежные доски». «Снежные доски» – это лавины, механизм которых зарождается при смерзании частиц поверхностного слоя снега. Под действием солнца, ветра и тепла образуется ледяная корка, под которой происходит перекристаллизация снега. По образовавшейся рыхлой массе слой легко скользит вниз при отрыве слоя от массива. Скорость «снежных досок» может достигать 200 км/ч, как и у сухих лавин. В процессе своего движения лавины могут переходить из одного типа в другой или составлять комбинацию разных типов лавин, из-за разной плотности, влажности и температуры встречных снежных масс. По степени воздействия на хозяйственную деятельность и природную среду лавины подразделяются на особо опасные и опасные. Сход стихийных (особо опасных) лавин наносит значительный материальный ущерб населенным пунктам, спортивным и санаторнокурортным комплексам, железным и автомобильным дорогам, линиям электропередачи, трубопроводам, промышленным и жилым сооружениям; Сход опасных лавин затрудняет деятельность предприятий и организаций, спортивных сооружений, а также угрожает населению и туристским группам. По степени повторяемости делятся на два класса: 1) систематические – сходят каждый год или один раз в 2–3 года. 2) спорадические – 1–2 раза в 100 лет, место схода заранее определить очень трудно. Организация системы мониторинга состояния и схода снежных лавин. В 1980-е гг. – сбор и обработку снеголавинной информации на территории России осуществляли около 40 подразделений Госкомгидромета. Старейшая в России организация, занимающаяся снеголавинными исследованиями, – центр противолавинной защиты «Апатит» (Центр лавинной безопасности). Для сбора информации организовывались стационары, на которых осуществлялись постоянные наблюдения за снежнометеорологической обстановкой, выполнялись маршруты лавинного дозора, облеты лавиноопасных участков, экспедиции в лавиноопасные районы. 78 Максимальный объем информации о состоянии погодных условий в период снегонакопления и, в особенности, в завершение этого периода, предоставляет Росгидромет и всемирная сеть режимных наблюдений за погодой и климатом. Объем информации о погодных явлениях и метеоусловиях региона, оперативность получения данных позволяет отследить типичные лавиноопасные погодные условия: • большое количество снега, выпавшее за короткий промежуток времени; • сильный ливень; • значительный ветровой перенос снега; • продолжительный холодный и ясный период, последовавший за интенсивными осадками или метелью; • снегопады поначалу холодные, затем теплые или наоборот; • быстрое повышение температуры после длительного холодного периода; • продолжительные периоды (более 24 ч) с температурой близкой к 0 °С; • интенсивная солнечная радиация. Общие требования к организации мониторинга снежных лавин (по ГОСТ Р 22.1.08–99) представлены в табл. 4.7. Таблица 4.7 Программа мониторинга опасных метеорологических явлений и процессов Способы Режим Наблюдаемые и контролии средства мониторинга руемые наблюдений параметры Толщина и состоя- Толщина снеж- Визуально и с Стандартный ние снежного покрова ного покрова на помощью техни- гидрологический на лавиноопасных уча- склонах гор, см. ческих средств мониторинг. стках склонов гор, см. Осадки, мм/сут, по ГОСТ 18458. Учащенный гидАвиационно- рологический мониСильное выпадение мм/ч. снега и дождя, мм/сут, Сейсмическая космические торинг в период поактивность, баллы средства наблю- вышенной опасномм/ч. дения и контроля сти начала опасного Сейсмическая активявления (обильные ность (балльность) осадки и сейсмические явления) Параметры, определяющие развитие явлений и процессов 79 Косвенными признаками схода лавин могут выступать результаты наблюдений за состоянием растительности, по которому можно судить о прошлых случаях схода лавин. Снеголавинные исследования проводятся во многих странах мира. В некоторых из них сбор данных осуществляется по сетевому принципу. Организация выпуска Национального снеголавинного бюллетеня Швейцарии предусматривает ежедневный сбор данных от 80 наблюдателей и 61 автоматической станции. В США только в системе лесной службы действуют 12 снеголавинных центров. В настоящее время ГИС-технологии широко применяются для выявления зон зарождения лавин, определения зон поражения, создания кадастров лавинных очагов, баз данных о лавинах и прогноза лавинной опасности. ГИС-технологии используются для моделирования процессов и явлений, определяющих условия схода снежных лавин. С целью изучения пространственного распределения снежного покрова – выявления зон аккумуляции и сноса снега, его динамики, характеристик снеготаяния – генерируются карты экспозиции склонов. С применением ГИС-технологий обеспечивается визуализация данных о прошедших событиях. Конечным продуктом являются генерируемые средствами ГИС карты толщины снежного покрова, прироста снега (за последние сутки), суммы свежевыпавшего снега за последние 3 дня и, наконец, карты прогноза лавинной опасности на отдельные горные массивы и на всю территорию страны. 4.5. Снежная буря Снежная буря – одна из разновидностей урагана, имеет вид снежных вихрей, возникающих на поверхности рыхлого снега, характеризуется значительными скоростями ветра (15–20 м/с), что способствует перемещению по воздуху огромных масс снега. Среднегодовое число дней с метелью в некоторых городах России: Архангельск ........................................................................................13 Санкт-Петербург....................................................................................6 Москва ..................................................................................................11 Казань ...................................................................................................31 Екатеринбург........................................................................................24 Сыктывкар ............................................................................................18 Норильск.............................................................................................130 Пермский край .....................................................................................50 80 На европейской части России среднее число дней с метелями – 30– 40, средняя продолжительность метелей 6–9 ч. Опасные метели составляют около 25 %, особо опасные – до 10 % общего количества. На территории всей страны бывает в среднем 5–6 сильнейших буранов, способных парализовать железные и автодороги, привести к обрыву линий связи и электропередач и т.п. В Пермском крае особо опасные метели, которые продолжаются более 12 ч и снижают дальность видимости до 50 м и менее, наблюдаются значительно реже – 1–6 раз за 25 лет. Прогноз метелей базируется на прогнозе развития синоптических процессов (табл. 4.8). Таблица 4.8 Прогнозирование проявлений снежной бури Прогнозируемое количество осадков (мм) за 12 ч 0,0–0,4 рыхлый снег 0,5–2,9 ≥3,0 Скорость приземного ветра, м/с 12,5–14,9 15,5–17,4 17,5–19,9 20 и более 1 2 2 1 3 3 1 3 3 1 3 3 Синоптические условия образования метелей: 1. Пограничные зоны между циклонами и антициклонами, где велик горизонтальный барический градиент и наблюдаются сильные ветры. 2. Зоны атмосферных фронтов (особенно перед теплым фронтом после морозной погоды при наличии сухого снежного покрова). 3. Тыловые (северо-западные и западные) части циклонов, где в неустойчивой воздушной массе при сильном ветре возникает низовая метель, а при ливневом снеге – общая. Прогноз метелей сводится к прогнозу снегопада и сильного ветра при отрицательных температурах с учетом состояния снежного покрова: 1 – низовая метель сильная, 2 – общая метель сильная, 3 – общая метель очень сильная. Интенсивность метели зависит от скорости и турбулентности снеговетрового потока, интенсивности снегопада, формы и размеров частиц снега и температуры и влажности воздуха. В этой связи важной характеристикой снежной бури является скорость ветра, основанная на оценке скорости перемещения воздушных масс (табл. 4.9). 81 Таблица 4.9 Шкала силы ветра по Ф.Бофорту Баллы 0–7 8 9 10 11 12 Скорость ветра, м/с До 17 17,2–20,7 Наименование Признаки ветрового режима Штиль – сильный ветер Без существенных разрушений Буря Ветви ломаются. Опасна для судов, буровых установок на море 20,8–24,4 Сильная буря Срывается черепица трубы 24,5–28,4 Полная буря Деревья вырываются с корнем 28,5–32,6 Жестокий шторм Большие разрушения на значительном пространстве. Наблюдается очень редко Ураган Различают 5 категорий урагана Свыше 32,6 – свыше 70 Общий твердый расход метели равен массе снега, переносимой через 1 м фронта снеговетрового потока вдоль поверхности земли в течение 1 с. Характеристика метелей по максимальному снегопереносу приведена в табл. 4.10. Таблица 4.10 Виды метелей по интенсивности Интенсивность Слабая Обычная Сильная Очень сильная Сверхсильная Скорость ветра, м/с Максимальный снегоперенос, кг/(м·с) 6–10 До 0,2 10–20 До 0,4 20–30 До 1,0 30–40 До 2,0 40–90 Свыше 2,0 Устойчивый сильный ветер может переносить сухой снег на большие расстояния и приводить к значительным заносам. Выдув снега с одних территорий приводит к иссушению и эрозии почвенного покрова, плохому всходу растительности. Образование значительных заносов на других территориях – затопление территорий. Сильные порывы ветра ломают ветви деревьев, а из-за низких температур гибнут животные и растения. К ЧС, согласно рекомендациям МЧС РФ, относятся: • случаи общей метели со скоростью ветра 20 м/с в течение суток; • случаи метели со скоростью ветра 35 м/с и более. 82 Организация системы мониторинга условий возникновения снежных бурь. Мировым сообществом мониторинг стихийных бедствий и катастроф проводится по программам: • Глобальная космическая система гидрометеорологического обеспечения (проект «Global Climate Observation System»); • Международная аэрокосмическая система глобального мониторинга (МАКСМ); • Программа СПАЙДЕР–ООН; • Глобальная система наблюдения Земли (GEOSS); • система мониторинга природных и техногенных катастроф «Ионосат» и др. Деятельность по мониторингу и прогнозированию чрезвычайных ситуаций в масштабе РФ осуществляется: • учреждениями и организациями Росгидромета (мониторинг и прогноз событий гидрометеорологического характера); • Минприроды России (общее руководство государственной системой экологического мониторинга, а также координацию деятельности в области наблюдений за состоянием окружающей природной среды); • Всероссийским центром мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера МЧС России (Центр «Антистихия») (методическое руководство и координация деятельности системы мониторинга); • сеть наблюдения и лабораторного контроля гражданской обороны Российской Федерации; • Федеральное космическое агентство «Научный центр оперативного мониторинга Земли». Деятельность по мониторингу и прогнозированию чрезвычайных ситуаций на региональном уровне осуществляется: • ГКУ Пермского края «Гражданская защита», • ГУ «Пермский ЦГМС», • ГУ МЧС России по Пермскому краю, • МУ «Пермское городское управление гражданской защиты», • Межрегиональный Центр космического мониторинга Пермского края. Общие требования к системе мониторинга и прогнозирования по ГОСТ Р 22.1.07–99 представлены в табл. 4.11. 83 Таблица 4.11 Требования к системе мониторинга и прогнозирования возникновения снежных бурь Мониторинг Наблюдаемый Способ Режим и контролируемый и средство на- наблюдений параметр блюдений Направление, румбы Визуальные и инили градусы горизон- струментальные та. Скорость, м/с. наблюдения с поМаксимальное коли- мощью техничечество осадков, мм Стандартный ских средств Высота снежных за- Радиолокационные и учащенный носов, см, м. метеорологические Горизонтальная ви- наблюдения димость, м Прогнозируемый параметр, заблаговременность прогноза Выпадение и перенос снега при скорости ветра 15 м/с. Направление ветра. Средняя и максимальная скорости, м/с. Количество осадков, мм. Высота снежных заносов, см. Горизонтальная видимость, м. Расчетное время предупреждения от моначала до мента 2–3 сут Стандартный метеорологический мониторинг проводится в течение 10-минутного интервала времени через каждые 3 или 6 ч. Учащенный метеорологический мониторинг – с интервалом 5, 15, 30, 60 мин. Важнейшими характеристиками снежных бурь, определяющими объемы возможных разрушений и потерь, являются: • скорость ветра; • ширина зоны, охваченной бурей (от десятков до нескольких сотен километров); • продолжительность ее действия (может длиться несколько суток); • выпадение осадков; • низкие температуры. Метеорологическая радиолокация является основным средством получения информации об облачности, осадках и связанных с ними опасных явлениях погоды. Период обновления информации порядка 10–180 мин. 84 4.6. Неблагоприятные метеоусловия для рассеивания выбросов Неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) – краткосрочное сочетание метеорологических факторов, способствующих накоплению вредных примесей в приземном слое атмосферы, в связи с чем возможно ухудшение качества воздуха в районах города. Согласно ГОСТ Р 22. 0.06–95 «Источники природных ЧС. Поражающие факторы» к метеорологическим опасным явлениям (ОЯ) отнесены туманы и снижение видимости. Сильный туман (сильная мгла) – помутнение воздуха за счет скопления мельчайших частиц воды (пыли, продуктов горения), при котором значение метеорологической дальности видимости не более 50 м продолжительностью не менее 12 ч. Эти критерии установлены с учетом 10%-й повторяемости величин метеорологических характеристик. В региональном перечне метеорологических явлений, сочетания которых образуют ОЯ по территории Приволжского федерального округа, приведены следующие метеорологические явления: 1) сочетание скорости ветра при порывах 15 м/с и более и отложения гололеда (диаметр не менее 10 мм), сложного отложения (диаметр не менее 20 мм) или налипание мокрого снега (диаметр не менее 25 мм); 2) сочетание ветра скоростью при порывах 15 м/с и более и низкой температуры воздуха (–25 °С) в течение 6 ч и более; 3) сочетание ливня, шквала со скоростью 20 м/с и более, грозы и града любой величины; 4) сочетание тумана (видимостью 50 м в течение 6 ч) и гололеда диаметром 15 мм и более, или сложного отложения диаметром 25 мм, или изморози – 35 мм. В формировании опасных условий загрязнения воздуха с показателями высокого и экстремально высокого уровня загрязнения принимают участие факторы, определяющие интенсивность выноса и аккумуляции продуктов техногенеза, климатические особенности региона и метеорологические параметры, влияющие на рассеивание. Параметры источников выброса: • объемы выбросов загрязняющих веществ; • температура отходящих газов; • высота источника выбросов; • состав выбросов (наличие взвешенных частиц, «долгоживущих» газов). 85 Климатические факторы: • среднегодовая скорость ветра; • средняя повторяемость штилей; • количество дней с туманом; • среднегодовое количество осадков; • количество дней с температурными инверсиями (аномальным распределением температуры по высоте). Метеорологические параметры: • скорость ветра (менее 1 м/с); • направление ветра; • периоды высокого давления (антициклональные типы погоды); • вертикальная температурная стратификация. Сочетание всех факторов и условий может привести к таким явлениям, как смог. Термин «смог» впервые был употреблен около 100 лет назад, применительно к желтой смеси из дыма и тумана, образующих так называемую «лондонскую гороховую похлебку». Позже его применяли для характеристики задымленных или туманных условий в атмосфере, связанных с загрязнением, включая тип смога, наблюдаемого в Лос-Анджелесе, Детройте, Нью-Йорке и возникающего в климатических условиях, весьма отличающихся от тех, при которых характерно появление туманов (лондонский смог). Смог – это смесь дыма и газовых отходов химических предприятий с туманом или смесь продуктов сгорания топлива в двигателях транспорта и котельных промышленности с пылью и другими видами городских загрязнений воздуха без тумана. Смог с туманом называют влажным (лондонским), а смог без тумана – сухим. Важным условием формирования над городом застойных явлений является инверсия температуры, которая препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков, миражей. Инверсия означает аномальный характер изменения параметра с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, т.е. к увеличению температуры с высотой в слое атмосферы вместо обычного понижения. Различают два типа инверсии: 1) приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии – десятки метров); 2) инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя достигает сотни метров). 86 Под слоем инверсии резко ослаблена интенсивность турбулентного переноса, что может приводить к скоплению сконденсированного водяного пара (тумана) и загрязнений. Формированию устойчивых инверсий способствуют штилевая погода, зимнее выхолаживание земной поверхности и устойчивая стратификация, т.е. замедление всех процессов, штиль на всех высотах. Инверсия зависит от местных особенностей рельефа. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градуса до 15–20 °C и более (рис. 4.4). Рис. 4.4. Границы инверсионного слоя Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири в зимний период. НМУ могут быть отнесены к ЧС экологического характера, в число которых входят резкие изменения погоды в результате антропогенной деятельности; превышение максимально допустимых концентраций вредных примесей в атмосфере; образование широкой зоны кислотных осадков; разрушение озонового слоя и др. Организация системы мониторинга. Наиболее полные и точные наблюдения проводят в метеорологических и аэрологических обсерваториях. Кроме метеорологических обсерваторий наблюдения ведутся на 3500 метеорологических и 750 аэрологических станциях по всему земному шару. К метеорологическим величинам относятся: температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, количество и высота облаков, количество осадков, потоки тепла и др. 87 Виды наблюдений: аэрологические (наблюдения за состоянием атмосферы вне приземного слоя и до высот около 40 км); аэрономические (наблюдения за состоянием высоких слоев атмосферы; отличаются от аэрологических наблюдений по методике и по наблюдаемым параметрам). Наблюдения за инверсиями ведутся с помощью метеорологических приборов, установленных на геостационарных спутниках Meteosat (Европейское космическое агенство), GMS (Япония), NOAA (США), GOES (США), INSAT (Индия). Метеорологические спутники ведут непрерывную трансляцию цифровых снимков очень низкого разрешения (несколько километров) всего полушария. Российские метеорологические системы: «Электро» (ГОМС), «Метеор-3», а также природоресурсный спутник «Ресурс-01». В масштабах отдельных регионов применяются данные наблюдений, полученные с помощью зондов (рис. 4.5). Радиозонд состоит из воздушного шара, парашюта и комплекта приборов. По мере подъема данные о температуре воздуха, влажности и атмосферном давлении передаются по радио на принимающую станцию на суше или на море. Рис. 4.5. Радиозонд с комплектом метеорологических приборов На наземных метеорологических станциях проводят синхронные наблюдения в 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 ч по единому – Гринвичскому – времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти так на- 88 зываемые синоптические сроки немедленно передают по телефону, телеграфу, радио или Интернету в органы службы погоды, где по ним составляют синоптические карты и другие материалы, использующиеся для предсказания погоды. На метеорологических станциях регистрируют следующие метеорологические параметры: • температуру воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью; • атмосферное давление; • влажность воздуха – парциальное давление водяного пара и относительную влажность; • ветер – горизонтальное движение воздуха на высоте 10–12 м над земной поверхностью; • количество и тип осадков (дождь, морось, снег и др.); • облачность – степень покрытия неба облаками, тип облаков, высоту нижней границы облаков; • наличие и интенсивность осадков, образующихся на земной поверхности, наличие тумана; • горизонтальную видимость – расстояние, на котором перестают различаться очертания предметов; • продолжительность солнечного сияния; • температуру и состояние поверхности почвы; • высоту и плотность снежного покрова. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Привести классификацию факторов риска чрезвычайных ситуаций природного происхождения. Какие шкалы опасности опасных явлений и процессов вам известны? 2. Назовите основные требования к организации мониторинга и прогнозированию безопасности чрезвычайных ситуаций. 3. Охарактеризуйте геологические явления и процессы как опасные факторы риска. Землетрясения как фактор риска. Организация мониторинга. 4. Охарактеризуйте морские гидрологические явления. Цунами как фактор риска. Организация мониторинга. 5. Охарактеризуйте опасные гидрологические явления. Наводнения как фактор риска. Организация мониторинга. 89 6. Дайте характеристику снежных лавин как опасных гидрологических явлений. Какие виды наблюдений используются для их прогнозирования? 7. Приведите характеристику снежных бурь как опасных метеорологических явлений. Какие виды наблюдений используются для их прогнозирования? 8. Какие неблагоприятные метеорологические условия для рассеивания загрязняющих веществ вам известны? 9. Какие технические средства наблюдений за природными факторами возникновения чрезвычайных ситуаций используются Росгидрометом? 10. Какие информационные системы по проявлению чрезвычайных ситуаций природного характера вам известны? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. Акимов В.А., Лесных В.В., Радаев Н.Н. Основы анализа и управления риском в природных и техногенных сферах. – М.: Деловой экспресс, 2004. – 352 с. 2. Михайлов Л.А., Соломин В.П. Чрезвычайные ситуации природного, техногенного и социального характера и защита от них: учеб. для студ. вузов / под ред. Л.А.Михайлова. – СПб.: Питер, 2008. – 235 с. 3. Тертышников А.В. Основы мониторинга чрезвычайных ситуаций: учеб. пособие / Акад. гражд. защиты МЧС РФ. – Химки, 2011. – 261 с. 4. Тертышников А.В. Организация прогнозирования природных чрезвычайных ситуаций: учеб. пособие / Акад. гражд. защиты МЧС РФ. – Химки, 2010. – 279 с. 5. Потапов Б.В., Радаев Н.Н. Экономика природного и техногенного рисков. – М.: Деловой экспресс, 2001. – 513 с. 6. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с. 7. Королев В.А. Мониторинг геологической среды / под ред. В.Т. Трофимова. – М.: Изд-во МГУ, 1995. – 272 с. 8. О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера: Федер. закон от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ 9. ГОСТ Р 22.0.03–95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определения. – М., 1996. 90 10. ГОСТ Р 22.0.06–95. Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий. – М., 1996. 11. ГОСТ Р 22.1.02–95. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения. – М., 1995. 12. ГОСТ Р 22.1.01–95. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения. – М., 1995. 13. ГОСТ Р 22.1.06–99. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов. Общие требования. – М., 1999. 14. ГОСТ Р 22.1.07–99. Мониторинг и прогнозирование опасных метеорологических явлений и процессов. Общие требования. – М., 1999. 15. ГОСТ Р 22.1.08–99. Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений и процессов. Общие требования. – М., 1999. 16. Федеральный информационный аналитический центр Росгидромета [Электронный ресурс]. – URL: http://www.feerc.obninsk.org/Ru/ Egaskrow.xml. Тема 5. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ И ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ 5.1. Дистанционное зондирование Земли Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) – процесс сбора информации об объекте, территории или явлении с помощью регистрирующего прибора, обеспечивающего регистрацию в аналоговой или цифровой форме отраженного или собственного электромагнитного излучения участков поверхности в широком спектральном диапазоне. Методы ДЗЗ основаны на регистрации излучений посредством камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов, установленных на летательных аппаратах, не выходящих за пределы тропосферы (самолеты, радиозонды и т.п.), и на спутниках и космических аппаратах. В некоторых случаях к приборам дистанционного мониторинга относятся приборы, установленные в труднодоступных местах Земли или на морских судах, показания приборов передаются в центры наблюдений с помощью методов дальней передачи связи, в том числе через искусственные спутники Земли. Дистанционным зондированием и эксплуатацией предназначенных для этого космических аппаратов (КА) и наземных средств приема в России занимаются: Российское космическое агентство (РКА), Минобороны, Федеральная служба Роскартографии и Федеральная служба Росгидромета. Гражданские спутники контролируются РКА. Космическая деятельность России и фундаментальные исследования в этой области направлены на улучшение технического состояния спутниковых систем за счет введения в их состав новых КА для решения широкого спектра социально-экономических задач и использование возможностей ДЗЗ. Спутники, выведенные на околоземные орбиты, представляют возможность наблюдать, отслеживать и изучать планету как целостную систему, включая ее динамичную атмосферу и облик суши, изменяющийся под влиянием природных факторов и деятельности человека. 92 Состав орбитальной группировки спутников обеспечивает широкие возможности в решении задач целевого назначения в интересах национальной безопасности, науки и социально-экономической сферы. Приоритетными направлениями космической деятельности России для обеспечения экологической безопасности являются картография, рациональное землепользование, климатология и прогноз погоды, исследование природных ресурсов, в том числе состояния лесных ресурсов и др. (рис. 5.1). Оперативная информация в сфере мониторинга чрезвычайных ситуаций, полученная с помощью космических средств наблюдения направлена на их предотвращение и обеспечение работ по ликвидации последствий стихийных бедствий. К задачам, решаемым средствами дистанционного зондирования для предотвращения чрезвычайных ситуаций и ликвидации их последствий, отнесены: • мониторинг паводковой обстановки, контроль половодий, ледовой обстановки, наводнений, имеющих разное происхождение (дожди, таяние снега, последствия землетрясений, аварии на гидроэлектростанциях и т.д.); • обнаружение сбросов загрязняющих веществ в водоемы и моря; • контроль распространения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, задымленность городов и населенных пунктов в результате лесных, степных и торфяных пожаров; • выявление сельскохозяйственных зон, подверженных засухе; • слежение за таянием горных ледников, обнаружение и контроль схода селей, оползней; • контроль территорий, находящихся в зонах морских приливов и отливов и сгонно-нагонных явлений; • контроль территорий, подвергнувшихся землетрясениям; • обнаружение песчаных и пылевых бурь, контроль их последствий; • контроль опустынивания территорий (интенсивная деградация почв) из-за засоления почв, ветровой и плоскостной эрозии почвенного покрова, изменения климата; • контроль интенсивного заболачивания территорий. На качественные характеристики материалов ДЗЗ оказывают влияние форма, наклонение, высота, период обращения, положение по отношению к Солнцу установленной аппаратуры. 93 94 Для наблюдений из космоса целесообразнее использовать круговые орбиты, обеспечивающие движение спутника на одинаковом расстоянии от Земли. Наклонение орбиты определяет широтный пояс, охватываемый съемкой. В России для запуска ракет используют полигоны Байконур (опорная орбита 65°), полигон Свободный, космодром Плесецк. По высоте можно выделить три группы наиболее часто используемых орбит: 100–500 км – орбиты для пилотируемых кораблей и орбитальных станций, 500–2000 км – орбиты для ресурсных и метеорологических спутников, 36 000–40 000 км – орбиты геостационарных спутников, обычно экваториальные. Скорость движения таких спутников равна скорости вращения планеты, поэтому они постоянно находятся над одной ее точкой. На околоземных орбитах спутники движутся со скоростью 11 км/с и один оборот вокруг Земли совершают за 1,5 ч, в сутки – около 16 витков. Для получения снимков при постоянных условиях освещенности используют солнечно-синхронные орбиты, что позволяет спутнику появляться над одним и тем же местом в одно и то же время, и условия освещенности зависят только от времени года. Размещение действующих и планируемых к запуску спутников на геостационарной орбите показано на рис. 5.2. По данным инженерно-технического центра «СканЭкс» (www.scanex.ru) и материалам информационных агентств и международных конференций число запущенных спутников с аппаратурой съемки Земли из космоса в текущем десятилетии постоянно увеличивается. В 2000–2006 гг. среднегодовое число запущенных спутников с аппаратурой съемки Земли находилось в пределах 10–16 аппаратов, в 2007 г. возросло до 19, в 2008 г. – 21. В 2009 г. на орбиты выведены 22 спутника, в том числе 18 гражданских, коммерческих и военных аппаратов съемки Земли и 4 метеорологических (табл. 5.1). В обзор включены гражданские, коммерческие и военные спутники ДЗЗ с оптико-электронной и радиолокационной аппаратурой, позволяющей получать изображения с пространственным разрешением от низкого до сверхвысокого. По пространственному разрешению аппаратура съемки Земли подразделяется на несколько классов: низкого разрешения (от 250 м до 1 км); среднего разрешения (от 10 до 250 м), высокого разрешения (от 1 до 10 м) и сверхвысокого разрешения (менее 1 м). 95 96 97 Метеор-М №1 UK-DMC-2 Dubaisat-1 Deimos-1 Космос-2450 Кобальт-М Tacsat-3 JWS-D2 GOES-14 (-O) RazakSat NOAA-19 (N Prime) RISAT-2 PRISM Hitomi Космический аппарат GOSAT Ibuki Дата запуска и номер 23.1.09 09-02A 23.1.09 09-02J 6.2.09 09-05A 20.4.09 09-19A 25.4.09 09-22А 19.5.09 09-28А 6.4.09 09-33А 14.7.09 09-37А 29.7.09 09-41А 29.7.09 09-41В 29.7.09 09-41С 17.9.09 09-49А США / AFRL Эксперименты по видовой разведке Метеосъемка с ГСО ДЗЗ высокого Малайзия / ATSB разрешения ДЗЗ среднего Испания / DMI разрешения ДЗЗ высокого ОАЭ / EIAST разрешения ДЗЗ среднего Британия / BNSC, разрешения DMCii Метеосъемка, ДЗЗ Россия / ФКА, среднего разрешения Гидромет США / NOAA Россия / МО Индия / МО Военные КА Военные КА Япония / Универ. Токио США / NOAA Страна / оператор Япония / JAXA ДЗЗ атмосферы и парниковых газов Образоват. эксперименты по ДЗЗ Метеосъемка Назначение КА Носитель / полигон H2А-202 / Танегасима H2А-202 / Танегасима Delta 2 7320 / Ванденберг PSLV-CA C12/ Шрихарикота Союз-У / Плесецк Minotaur I / Уоллопс Delta 4M / Канаверал Falcon-1 / Омелек Днепр / Байконур Днепр / Байконур Днепр / Байконур Союз-2.1б – Фрегат / Байконур БРЛК Х-диапазона, ОЭС КМСС, МСУ-МР, 60 м, 120 м, 1 км (MS), 2755 кг ОЭС, 2,5 м (PAN) и 5 м (MS), 190 кг ОЭС, 22 м (MS), 95 кг Гиперспектральная ОЭС, 400 кг 2 датчика ДЗЗ, ОЭС, 1 и 4 км, 1800 кг ОЭС MAC, 2,5 м (PAN), 5 м (MS), 180 кг ОЭС, 22 м (MS), 90 кг Фотокамера, 6700 кг 8 датчиков, ОЭС AVHRR, 1,1 км, 1440 кг РСА, <1 м, 300 кг Аппаратура, разрешение, масса КА 2 датчика, 0,5 и 1,5 км, 1750 кг 2 камеры, 30 м, 8,5 кг Запуски спутников съемки Земли и метеорологических КА (2009 г.) Таблица 5.1 98 23.9.09 09-51А 8.10.09 09-55А 18.10.09 09-57А 28.11.09 09-66А 9.12.09 09-69А 15.12.09 09-72А 18.12.09 09-73А Oceansat-2 Индия / ISRO ДЗЗ высокого разрешения ДЗЗ среднего и низкого разрешения ДЗЗ сверхвысокого разрешения Метеосъемка Китай / МО Китай / МО Франция / МО Оптическая видовая разведка Военные КА Военные КА Военные КА США / DigitalGlobe США / NOAA, USAF Япония / CSISE ЮАР / CSIR, SunSpace Образоват. миниспутник ДЗЗ Назначение КА Страна / оператор Россия / УГАТУ, Уфа Обозначения и сокращения: ОЭС – оптико-электронная система; РСА – радиолокатор с синтезированной апертурой; PAN – панхроматический режим съемки ОЭС; MS – многоспектральный режим съемки ОЭС. DMSP-5D3 F18 IGS-5A IGS-O3 Yaogan-7 YW-7 Yaogan-8 YW-8 Helios-IIB WorldView-2 17.9.09 09-49F Дата запуска и номер 17.9.09 09-49Е Sumbandila ZA-002 Космический аппарат УГАТУСАТ Носитель / полигон Союз-2.1б – Фрегат / Байконур Союз-2.1б – Фрегат / Байконур PSLV-C12 / Шрихарикота Delta 2 7920 / Ванденберг Atlas V401 / Ванденберг H-2A / Танегасима CZ-2D / Цзюцуань CZ-4С / Тайюань Ariane-5GS / Куру 2 ОЭС, до 0,35 м, 4200 кг ОЭС, –, 1040 кг ОЭС, –, 800 кг 2 датчика ДЗЗ, ОЭС 300 м (MS), 960 кг ОЭС, 0,46 м (PAN), 1,84 м (MS), 2800 кг 7 приборов ДЗЗ, ОЭС OLS 0,6 и 1км, 1200 кг ОЭС, до 0,6 м, 1600 кг ОЭС, 6,5 м (MS), 60 кг Аппаратура, разрешение, масса КА ОЭС, 50 м (MS), 35 кг Окончание табл. 5.1 Рассмотрим космические системы ДЗЗ обеспечивающие формирование ресурсов снимков поверхности Земли в видимом и ИКдиапазонах спектра. Как правило, именно эти данные доступны для широкого круга пользователей информации космического мониторинга поверхности планеты. Спутники среднего разрешения. Рынок изображений среднего разрешения (10–250 м) сформировался в 80-е гг. XX в. на основе информации системы мониторинга природных ресурсов Landsat и стал основным по объему продаж в 1990-е гг. после появления близких по характеристикам спутников ДЗЗ других стран, среди которых SPOT (Франция), IRS-1C,1D (Индия) и «Ресурс-О1». Несмотря на быстрый рост рынка изображений высокого разрешения, материалы съемки среднего разрешения остаются по-прежнему незаменимыми при решении задач контроля районов стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций, разведки полезных ископаемых, лесоводства, сельскохозяйственного и экологического мониторинга и др. Выделяют две категории КА с аппаратурой среднего разрешения: 1) спутники класса Landsat для обеспечения долгопериодической глобальной съемки (Landsat-5, Landsat-7, SPOT, IRS); 2) КА с аппаратурой радиолокационной съемки (RADARSAT-1, ERS-2, ENVISAT-1). Кроме того, для опробования новых технологий и методов ДЗЗ многие страны мира используют экспериментальные мини- и микроспутники с аппаратурой среднего разрешения. Космические системы ДЗЗ низкого разрешения и метеосистемы. Спутники с широкозахватной аппаратурой низкого разрешения (более 250 м) обеспечивают сбор информации, необходимой для синоптических прогнозов, интегральных оценок характеристик океанской поверхности, состояния растительного покрова, почвы, лесов и ледовой поверхности. Съемка ведется одновременно в нескольких спектральных каналах, выбор которых определяется спецификой тематического применения данных. Рынок низкодетальных изображений формируется на основе материалов съемки метеоспутников на полярных и геостационарных орбитах. Среди КА с аппаратурой низкого разрешения можно выделить три категории: 1) низкоорбитальные и геостационарные метеоспутники США, России, Китая, Европы, Индии и Японии с аппаратурой обзорной съемки Земли с разрешением 1–8 км; 99 2) спутники глобальной оперативной съемки с широкозахватной аппаратурой низкого разрешения 250–1000 м Terra, Aqua (сканер MODIS), ENVISAT/MERIS, а также КА для съемки растительного покрова Земли (сканеры SPOT/Vegetation, «Метеор»/МСУ-СМ и др.); 3) специализированные КА с многоканальной аппаратурой съемки поверхности океанов США, Индии, Китая и Тайваня. Низкоорбитальные метеоспутники. Широкое распространение в мире получили метеоданные американских спутников NOAA, военных КА DMSP (данные доступны через серверы NOAA) и китайского FY-1D. Основная радиометрическая аппаратура метеоспутников создана в 70–80-х гг. XX в. и обеспечивает передачу данных с разрешением 1 и 4 км. Спутники используются для наблюдений за изменением облачности, развитием циклонов, картирования изменений снегового покрова, исследования морских течений и др. Метеорологические спутники широко применяются для обнаружения пожаров по тепловой разности очага пожара и температурного фона подстилающей поверхности. Российские спутники «Ресурс-О» (серии «Ресурс-О1» и «РесурсО3»), «Метеор» («Метеор-2» и «Метеор-3») и «Океан» ведут съемку низкого и среднего разрешения гидрометеорологического, природноресурсного и океанографического назначения. «Ресурс-О» с 1991 г. ведет цифровую съемку с помощью сканеров МСУ-Э, МСУ-СК и МСУ-С. МСУ-Э являются наиболее распространенным типом сканера для широкого применения с регулярным обновлением без высокого разрешения. Спутники «Метеор» производят телевизионную съемку в световом диапазоне с разрешением 700–1400 м, ширина полосы 3,1 км. При переходе на метеоспутники нового поколения NPOESS, «Meтеop», FY-3, «Метеор-М» с аппаратурой повышенной информативности максимальное разрешение улучшится до 250–400 м. США и Европа планируют создать объединенную метеосистему на базе КА NPOESS и «Meтеop». Спутники для глобальной оперативной съемки с низким разрешением. Спутники для глобальной оперативной съемки с широкозахватными многоспектральными оптикоэлектронными системами занимают промежуточное положение между КА типа Landsat среднего разрешения и метеорологическими КА по пространственной разрешающей 100 способности (250–1000 м) и обеспечивают сбор данных в интересах исследований океанов, поверхности Земли, ледового покрытия; изучению атмосферы, облачности, распределения влажности и др. Наибольшее распространение получили данные 36-канального спектрорадиометра MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленного на спутниках «Terra» и «Aqua». Данные с разрешением 250–1000 м применяются для метеопрогнозов, экологического мониторинга, обнаружения пожаров и др. Доступность, оперативность и практическая ценность данных сканеров MODIS способствовали созданию международной сети из около 90 приемных станций. В перспективе на базе спектрорадиометра MODIS будет создан новый сканер VIIRS для метеорологических КА NPP и NPOESS с разрешением 400–800 м. Спутники для съемки поверхности океанов. Основные задачи такой съемки – оценка и разработка ресурсов океанов, информационное обеспечение рыбного промысла, экологический мониторинг, борьба с последствиями стихийных бедствий и экологических катастроф. Спутники эксплуатируют страны, ведущие активную экономическую деятельность в океанских акваториях: США (OrbView-2/SeaWiFS), Индия (IRS-P3/MOS, IRS-P4/OCM), Корея (KompSat-1/OSMI), Тайвань (ROCSat-1) и Китай (HY-1/COCTS и CZI). В табл. 5.2 представлена сравнительная характеристика космических систем съемки (www.scanex.ru). Таблица 5.2 Сравнительные характеристики космических систем съемки Спутник / сенсор Meteosat / MVIRI Страна / агентство Европейское космическое агентство NOAA / AVHRR США Ресурс-О / МСУ-СК Россия IRS Индия MOS Япония Landsat / MSS США Ресурс-О / МСУ-Э Россия Landsat / TM США Spot / XS Франция Spot / P Франция Кол-во Ширина полосы Разрешение, каналов съемки / кадра м в пикселе 3 Полушарие 2500 5 4 4 4 4 3 7 3 1 2400 км 600 км 130 км 100 км 185х170 км 45 км 185х170 км 60 км 60 км 1000 150 36 50 80 35 30 20 10 101 Съемочная аппаратура ДЗЗ, устанавливаемая на спутнике, может работать в четырех основных диапазонах (ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и микроволновом), в этих областях спектра земная атмосфера прозрачна для электромагнитных волн. В видимом диапазоне датчики (фотоэлементы, матрицы приборов с зарядовой связью и т.п.) регистрируют отраженное от земных покровов и прошедшее через атмосферу солнечное излучение; в ИК-диапазоне превалирует собственное тепловое излучение поверхности Земли; в микроволновом диапазоне используют собственное излучение планеты либо отраженные сигналы искусственных источников облучения, установленных на борту спутников. На рис. 5.3 представлены возможности сканеров и приборов фиксировать изображение в диапазонах разных длин волн электромагнитного спектра (по данным http://www.krugosvet.ru). Основными параметрами спутниковых изображений являются: • ространственное разрешение, которое определяет минимальный размер различимых на снимке объектов; • возможность съемки в панхроматическом (черно-белом) режиме или с использованием нескольких спектральных зон для формирования цветных изображений в натуральных цветах, которые видит человек, или псевдонатуральных, с использованием каналов в инфракрасном участке спектра; • размер участка местности, охватываемого снимком. К настоящему времени накоплено более 100 млн снимков, полностью покрывающих всю поверхность Земли, а для значительной части районов с многократным перекрытием. В США в архивах Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) хранится до 5 млн аэрофотоснимков и около 2 млн изображений, полученных со спутников Landsat. Многогранные перспективы использования данных ДЗЗ при исследовании атмосферы, суши и океанов и определяются техническим прогрессом не только в области средств и объемов получения искомой информации, но и в процедуре дешифрирования снимков и/или их тематической обработки. Обработку данных ДЗЗ разделяют на предварительную и тематическую. Под первой понимают набор действий по преобразованию исходной информации, полученной наземной станцией приема, в продукты ДЗЗ стандартных уровней обработки, пригодные для архивации и дальнейшего использования. Предварительная обработка включает 102 в себя радиометрическую калибровку, географическую привязку и геометрическую коррекцию изображений. Под тематической обработкой понимают обработку с целью интерпретации данных ДЗЗ в рамках конкретной задачи с получением тематических информационных продуктов. Рис. 5.3. Возможности сканеров в разных диапазонах длин волн Методы тематической обработки ДДЗ, специфичные для многозональной съемки, основаны на операциях с многомерными матрицами. Операциями обработки данных ДЗЗ являются восстановление (коррекция), предварительная обработка, классификация, преобразование изображений, специализированная тематическая обработка и др. 103 Часть данных ДДЗ поступает в цифровом виде, что позволяет непосредственно использовать для их обработки современные компьютерные технологии. Снимки на фотоносителях преобразуются в цифровую растровую форму представления с помощью сканирующих устройств. Цифровое изображение в форме растра представляет матрицу чисел, элемент матрицы (пиксел) отвечает характеристике (отражательной способности, температуре и т.д.) участка местности в определенной зоне электромагнитного спектра, размер участка зависит от разрешения снимка. Данные многозональной съемки в цифровом виде можно рассматривать как многомерную матрицу, в этом случае каждому участку поверхности соответствует набор значений, называемый вектором характеристик. Возможность быстрого перехода от предварительной обработки и тематического дешифрирования к выполнению операций моделирования и пространственного анализа увеличивается с использованием технических возможностей геоинформационных систем (ГИС). В то же время актуализация данных ГИС определяется оперативностью поступления информации о ДЗЗ. Таким образом, ДЗЗ является современным и перспективным методом мониторинга опасности природных и техногенных факторов риска для регионов и территорий, а также отдельных государств и биосферы в целом. 5.2. ДЗЗ для оценки состояния лесных ресурсов и мониторинга пожаров Леса – основной тип растительности России, занимают 45 % ее территории. Лесной фонд Российской Федерации – это почти 1,2 млрд га, что соответствует 22 % всех лесов мира. Площадь лесной части лесного фонда – 876,9 млн га. В лесном хозяйстве методы дистанционного зондирования используются с целью определения качественных и количественных характеристик лесных массивов, определения типов лесонасаждений и доминирующих пород, оценки запасов, выявления пожаров и оценки последствий их распространения. В перечень задач, решаемых методами ДЗЗ, входят: 1. Инвентаризация и мониторинг лесного фонда: • определение породного состава лесов; • разделение лесов на категории по возрасту, степени спелости, запасу древесной массы, биологической продуктивности; 104 • определение высоты лесных массивов • картографирование лесного фонда. 2. Мониторинг лесопользования: • контроль лесовосстановительных работ и процессов лесовосстановления; • экспресс-оценка фактических площадей рубок, появившихся со времени последнего лесоустройства; • изучение природных условий лесохозяйственной деятельности (выявление плоских пониженных заболоченных участков, бессточных котловин, резких перегибов рельефа и т. п.); • контроль видов рубок (выборочных, постепенных, сплошных), площадей вырубок, размещения лесовозных дорог, волоков и погрузочных площадок в соответствии с технологической картой разработки лесосеки, выявление недорубов и перерубов; • выявление существующих незаконных вырубок и гарей; • разрешение судебных споров, связанных с нарушениями Лесного кодекса РФ. 3. Лесопатологический мониторинг: • изучение негативных процессов, воздействующих на лесные массивы: влияния вредителей и болезней, иссушения или переувлажнения лесов, приводящих к их деградации и гибели; • оценка состояния лесных насаждений с хронической формой ослабления деревьев, болезнями, чрезмерной рекреационной нагрузкой и т.п.; • обнаружение массивов леса, полностью или частично поваленного ураганными ветрами, определение площадей ветровалов. 4. Мониторинг лесных пожаров: • обнаружение очагов возникновения лесных и торфяных пожаров, прогнозирование развития и продвижения очагов пожара; • оценка пройденной огнем площади; • выявление гарей и определение их площадей, определение экономического и экологического ущерба. Задача оперативного обнаружения и мониторинга очагов пожаров приобретает особую актуальность в связи с большой территорией, занятой лесами. Кроме нанесения ущерба лесному хозяйству, пожары оказывают сильное влияние на экологическую обстановку и могут угрожать жизни людей. 105 Реальные масштабы возгорания лесов России и размеры наносимого огнем ущерба до настоящего времени не установлены. Регулярные наблюдения за лесными пожарами ведутся только в зоне активной охраны лесов, охватывающей 2/3 общей площади лесного фонда. В северных районах Сибири и Дальнего Востока, охватывающих 1/3 лесного фонда страны, учет пожаров и активная борьба с огнем практически отсутствуют. В зоне активной охраны лесов ежегодно регистрируется от 15 до 30 тыс. лесных пожаров на площади от 0,5 до 2,5 млн га. Своевременное обнаружение очагов пожаров и определение их характеристик – одна из серьезнейших задач. Наиболее распространенный и традиционный способ ее решения в региональном масштабе – организация авиапатрулирования пожароопасных областей, что требует значительных материальных затрат. Из общей активно охраняемой площади в 760 млн га, обслуживаемая авиацией территория охватывает около 725 млн га. При этом около 550 млн га, расположенных в таежной зоне с редкой сетью дорог, отнесены к районам преимущественного применения авиационных средств пожаротушения. Резкое снижение ассигнований, выделяемых на охрану лесов в последние годы, в наибольшей степени отразилось на авиационной охране лесов. Следствием этого стало существенно возросшее число выходящих из-под контроля лесных пожаров, принимающих характер стихийных бедствий. В этой связи возникает необходимость привлечения всех доступных средств оперативного обнаружения пожаров на ранней стадии их развития, что объясняет возрастающую роль в этом спутниковых систем дистанционного зондирования Земли. Космический мониторинг имеет ряд преимуществ по сравнению с авиаразведкой: высокую оперативность, большую площадь охвата земной поверхности и меньшие операционные расходы. На охраняемой территории спутниковые данные служат дополнением к традиционным методам обнаружения, а на неохраняемой – единственным средством мониторинга и оценки последствий лесных пожаров. Методы детектирования пожаров базируются на анализе температур яркости в отдельных спектральных каналах. Ключевой признак поискового явления есть локальное повышение температуры в месте возгорания. Обнаружение пожаров на снимках Земли из космоса возможно благодаря значительной разнице температур земной поверхности (обычно не выше 10–25 °С) и очага пожара (300–900 °С), что приводит к разнице в тепловом излучении этих объектов в тысячи раз. Эта осо106 бенность позволяет, при съемке тепловой аппаратурой с пространственным разрешением 1 км, обнаружить очаг пожара площадью 100 м2 или зону тления площадью 900 м2. Оперативное обнаружение очагов возгорания такой площади позволяет принять своевременные меры к их ликвидации. Присутствие очага горения в видимом спектре определяется по наличию основного дешифровочного признака лесных пожаров – дымовому шлейфу. По форме на снимке очаг напоминает конус светлосерого цвета. Следует помнить, что перистая и слоистая облачность по своей структуре и яркости может напоминать дымовые шлейфы лесных пожаров. Поэтому те части снимков видимого спектра, где предварительно обнаружен лесной пожар, просматриваются в инфракрасном диапазоне спектра. В этом случае шлейфы дыма от лесных пожаров практически не просматриваются. Космические аппараты, которые позволяют детектировать очаги пожара, представлены в табл. 5.3. Таблица 5.3 Типы и обзорность метеорологических спутников, обеспечивающих мониторинг лесных пожаров КА/Прибор Обзорность, км NOAA/AVHRR 3000 Terra (Aqua)/MODIS 2330 КА/Прибор Обзорность, км Landsat/TM (ETM+) Terra/Aster 184 60 Установленный комплекс в Центре космического мониторинга (Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск) позволяет получать информацию в режиме реального времени на территории всей Восточной Сибири и Дальнего Востока для обработки данных по всей территории. В результате многолетней работы по разработке и созданию многоуровневой информационной системы пространственновременного мониторинга состояния окружающей среды к настоящему моменту в Центре космического мониторинга создана система оперативного обнаружения лесных пожаров. Впервые в РФ на примере данной системы показана возможность использования данных метеорологических ИСЗ серии NOAA для оперативного обнаружения пожаров в бореальных лесах Сибири. Площади пожаров при обнаружении из космоса составляют 0,1 га и более. 107 Для целей оперативного пожарного мониторинга наибольшее применение находит информация со спутников NOAA (радиометр AVHRR с пространственным разрешением 1100 м и) и EOS (спутники Terra и Aqua с установленным на них радиометром MODIS с пространственным разрешением 250, 500, 1000 м). Каждая из этих спутниковых систем позволяет осуществлять оперативный контроль обширных территорий с получением данных не реже 6 раз в сутки (спутники серии NOAA) и 4–6 раз в сутки (спутники серии EOS). Алгоритм автоматического определения очагов пожаров реализован в программном обеспечении, поставляемом ИТЦ «СканЭкс» ScanViewer (для спутников серии NOAA) и ScanEx MODIS Processor (для спутников серии EOS). Оба источника информации используются для целей мониторинга лесных пожаров во многих странах (Бразилия, Канада, Финляндия). В США данные, получаемые с обеих систем, использовались во время катастрофических пожаров 2000 г. в штатах Монтана и Айдахо. В Финляндии разработана и отлажена национальная автоматическая программа приема, обработки и рассылки сообщений об обнаруженных лесных пожарах на места. В РФ для проведения оперативного космического мониторинга в интересах служб охраны лесов от пожаров создана ведомственная сеть станций МПР России с центрами приема спутниковых данных в гг. Москве, Екатеринбурге, Иркутске, Якутске, Южно-Сахалинске и Геленджике. В интересах центральной базы авиационной охраны лесов «Авиалесоохрана» работают центры на базе Института космических исследований РАН (Москва) и Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск). В интересах МЧС создан Центр приема и обработки космической информации в г. Москве и развернуты лаборатории приема спутниковых данных в гг. Красноярске, Владивостоке, Анадыре. Оперативную и актуальную информацию о природных пожарах предоставляют следующие сайты: • http://www.nffc.aviales.ru/rus/main.sht – Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз). Блок мониторинга пожарной опасности; • http://www.geol.irk.ru/ – оперативные данные по пожарам Сибирского и Дальневосточного регионов по данным MODIS представляет сайт Байкальского РИКЦ (Иркутск); 108 • http://nffc.infospace.ru/ – Институт космических исследований Российской академии наук. Оперативные данные по пожарам. Сервер Центральной базы авиационной охраны лесов «Авиалесоохрана». Текущая информация по данным спутников серии NOAA; • http://fire.iszf.irk.ru/ – спутниковый мониторинг лесных пожаров в Восточной Сибири. Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск; • http://www.scanex.ru/ru/monitoring/default.asp?submenu=forestry&i d=fire_monitoring – оперативное обнаружение лесных пожаров по данным MODIS; • http://www.scanex.ru/ru/monitoring/default.asp?submenu=forestry&id= fire_detection – мониторинг лесных пожаров и оценка площадей гарей; • http:// [email protected] – лесные пожары; • http://meteovlab.meteorf.ru – Всемирная метеорологическая организация, региональный учебный центр ВМО в России и др. 5.3. ДЗЗ для оценки нефтезагрязнения акваторий морей и океанов и почвогрунтов территорий нефтедобычи К числу факторов, представляющих наиболее существенную угрозу экологическому состоянию земель и акваторий, относятся аварийные разливы нефти и нефтепродуктов, происходящие в процессе их добычи, хранения и транспортировки. Указанные обстоятельства определяют актуальность задачи оперативного поиска, прогноза распространения и локализации нефтезагрязнений на воде и суше. Особое место в системе поиска разливов нефти и нефтепродуктов занимает плановый и оперативный космический мониторинг аварийных и потенциально опасных объектов, который является наиболее эффективным методом контроля больших по площади, удаленных и труднодоступных территорий. ДЗЗ представляет новые возможности для оперативного мониторинга разливов нефти в морских акваториях. Физическое свойство нефти покрывать тонкой пленкой большие акватории при сравнительно небольших разливах приводит к тому, что незначительная утечка имеет негативные последствия в масштабах региона. Крупнейшие нефтеразливы прошлого века, такие как крушение танкеров «Эксон Валдиз», «Эрика», «Престиж», катастрофа в Керченском проливе в 2007 г., авария на нефтяной платформе в Мексиканском заливе в 2010 г., необратимо преобразовали экосистемы в региональном масштабе, и ущерб от них оценивался в миллиарды долларов. 109 В основном нефтезагрязнения расположены в зонах пролегания судоходных трасс и объектов инфраструктуры добычи и транспортировки нефти. Основными причинами загрязнения Мирового океана нефтью являются аварии на нефтяных танкерах и загрязнения, связанные с ее транспортировкой и несанкционированными выбросами кораблей (балластные воды, протекания машинного отделения и др.). Поиск и прогноз распространения нефтезагрязнений осуществляется по данным космической съемки со спутников ENVISAT (Европейское космическое агентство) и RADARSAT-1 (Канада), а в перспективе до 2020 г. – TerraSAR-X, COSMO, RADARSAT-2 и др. с многофункциональными поляриметрическими радиолокаторами. Снимки, полученные с КА, покрывают области шириной до 500 км и обладают достаточным разрешением для локализации разливов. Радарные снимки являются наиболее подходящим средством для решения задачи мониторинга нефтяных загрязнений акваторий морей и океана благодаря всепогодности съемки и независимости от уровня освещенности. Разлившееся на поверхности воды нефтяное пятно формирует пленку и, вследствие присущих им физических характеристик, выглядят темными пятнами на окружающей их более яркой поверхности на радарном снимке. При слабом ветре 0 и 2–3 м/с водная поверхность выглядит темной на радиолокационных изображениях. В этом случае темные нефтяные пленки сливаются с темным фоном океана и определение загрязнений затруднено. Скорость ветра от 3 до 9–11 м/с в большей степени подходит для определения нефтяных загрязнений, нефтяные пленки (слики) выделяются темными пятнами на светлой поверхности воды. При большей силе ветра детектирование загрязнений затрудняется из-за исчезновения изображений и смешивания нефтепродуктов с верхним слоем воды. Несмотря на то, что возможности радиолокационной съемки зависят от силы ветра, получаемая информация о пространственном распределении нефтяных пленок позволяет выявлять источники загрязнений, отслеживать эволюцию и дрейф нефтяных пятен по временной серии снимков. На радиолокационных изображениях нефтяные разливы характеризуются геометрией формы пятен, краями (гладкая граница с большим градиентом, чем у сликов природного происхождения), размером. 110 С помощью радарных снимков на морской поверхности можно детектировать следующие типы нефтяных загрязнений: сырая нефть, мазут, дизельное топливо и т.п., выносы нефтепродуктов с речным стоком, технологические сбросы с судов, буровые воды и шлам, выходы нефти из грифонов на морском дне. Технология обработки космических снимков и анализ радиолокационного изображения реализует методические подходы Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН с использованием программного обеспечения для работы с данными ДЗЗ: ScanEx SAR_Processor®, ScanExImage Processor® и др. В 2009 г. по заказу Федеральной службы по надзору в сфере природопользования МПР РФ выполнен пилотный проект «Экомониторинг морей России» по сбору оперативной информации о загрязнении акватории нефтью и нефтепродуктами. Объекты мониторинга – моря Балтийское, Черное, Каспийское, Охотское, Японское, Баренцево и Белое, а также Ладожское озеро. За время проекта принято и обработано более 100 снимков спутников RADARSAT-1 и ENVISAT-1, на 50 из них обнаружены антропогенные загрязнения различного характера и масштаба (табл. 5.4). Таблица 5.4 Распределение числа съемок по акваториям морей вокруг России и их результативность Число снимков, выполненное Загрязнение спутниками/ число снимков Наименование в общем с зафиксированными загрязнениями акватории числе снимОбщее чисков, % RADARSAT ENVISAT ло снимков Черное море 10 / 6 8/7 18 / 13 72 Охотское море 1/– 12/5 13 / 5 38 Балтийское море 30 / 19 9/4 39 / 23 59 Каспийское море 17 / 7 – 17 / 7 41 Ладожское озеро* 2/1 – 2/1 Японское море* 1/1 – 1/1 Баренцево море* 3/ – 2/– 5/– Белое море 5/– 5/– 10 / – Суммарное число 69 / 34 37 / 16 105 / 50 48 * По акваториям Японского, Баренцевого морей и Ладожского озера проводились контрольные съемки. 111 Использование ДЗЗ позволяет с высокой точностью определять нефтяное загрязнение участков суши. Потери нефти за счет аварийных ситуаций на объектах отрасли составляют до 25 млн т в год. По некоторым данным количество нефтезагрязненного грунта составляет порядка 510 млн т. Источниками информации о нефтяном загрязнении территории континентов являются КА: Landsat ETM+, Landsat TM, Terra ASTER (все США), SPOT HRVIR (Франция), IRS 1C/1D LISS (Индия). Российские КА для мониторинга нефтяных и газовых разработок – «Ресурс-1», «Алмаз». Для уточнения границ загрязнения и типов промышленных объектов применяются снимки высокого разрешения со спутников IKONOS, QuickBird (оба США), EROS B (Израиль). Применение данных ДЗЗ для оценки нефтезагрязненных территорий основано на анализе спектральных характеристик объектов, расположенных на земной поверхности. В процессе дешифрирования учитывают признаки объекта или явления, геоморфология ландшафта, специфика природных зон (тундра и лесотундра, малоосвоенные территории лесной зоны, освоенные территории лесной зоны, лесостепь и степь, сухая степь и полупустыни и др.). Космические снимки используются в качестве документальных доказательств в оценке последствий аварий при добыче и транспортировке нефти. Возможность ранжирования площади нефтяного загрязнения по состоянию нефти (открытые участки нефтяных разливов, замазученная почва и т.д.) позволяет оценивать масштабы загрязнений, ущерб земельным ресурсам и окружающей среде. Комбинирование данных спутниковой съемки, полученных в различных спектральных каналах, позволяет получать информацию о специфике изучаемых объектов, оценивать изменение состояния растительного покрова, водных объектов, условий увлажнения и гидрологического режима исследуемых территорий (табл. 5.5). Пятна нефтяного загрязнения в видимой области спектра трудно отличить от небольших водоемов или участков повышенного увлажнения. Использование инфракрасной области спектра позволяет с высокой степенью точности различать их, что связано с существенным различием характеристик поглощения солнечной энергии нефтью и водой в красной и инфракрасной областях спектра. 112 Таблица 5.5 Возможности систем ДЗЗ с разным пространственным разрешением для оценки последствий деятельности и аварий Последствия процессов Техногенная деятельность Изменения гидрологического режима Многоспектральные Спутниковые системы сканирующие системы с разрешением 1–8 м разрешением 20–50 м Участки техногенных нару- Локальные нарушения (до дешений (сотни метров и более): сятков метров): пятна разливов разливы нефти, гибель расти- нефти, участки загрязнения растельности в зонах влияния ат- тительности, техногенные геомосферных выбросов и пр. химические аномалии грунтов Зоны подтопления, дрениро- Зона локального влияния измевания, изменения паводкового нения гидрологического режима режима, затопления водохранилищами, подтопляющего влияния на растительность, трансформации ледового режима водоемов и пр. Для детектирования площадных загрязнений нефтью и нефтепродуктами наиболее эффективно использовать данные, полученные за период от окончания весеннего паводка до установления снежного покрова. Зимние снимки для этой цели недостаточно информативны, так как снежный покров на загрязненных участках может быстро восстанавливаться или не нарушаться, если разлив загрязняющего вещества происходит в грунте. Использовать весенние снимки также нежелательно: высокая влагонасыщенность грунтов в паводковый период может привести к существенным ошибкам при определении площадей загрязнения. Схему анализа космических снимков для целей мониторинга нефтезагрязненных земель можно представить следующими этапами (рис. 5.4): 1. Получение оперативных и/или архивных снимков. 2. Формирование карт и базы описаний нефтезагрязненных земель. 3. Выделение нефтезагрязнений и анализ разновременных космических снимков. 4. Предварительная обработка космических снимков. 5. Создание фотокарты лицензионных участков и база описаний нефтезагрязнений. 113 Этап 1 Этапы 2–4 Этап 5 Исходный космический снимок Тематическая обработка Фотокарта нефтезагрязнений Рис. 5.4. Этапы анализа космических снимков для целей мониторинга нефтезагрязненных земель (по данным сайта Югорского НИИ ИТ http://ugrafmsh.ru) Кроме оценки нефтезагрязненных грунтов к задачам, решаемым на основе данных дистанционного зондирования, относятся: • дешифрирование и картирование трубопроводов, буровых вышек и промысловых кустов, дорог, просек, линий электропередач, разведочных просек; • выявление и картирование учаcтков заболачивания и подтопления грунтовыми и поверхностными водами производственных объектов; • картирование проявлений карста и термокарста; • обнаружение участков техногенного возникновения и развития овражной и поверхностной эрозии почв в зоне нефтепроводов; • обнаружение участков несанкционированных земляных работ вблизи трасс внутрипромысловых и магистральных трубопроводов; • оценка проседания грунта на нефтяных полях в результате нефтедобычи; • картирование плановых и высотных смещений трубопроводов и площадных объектов в результате морозного пучения грунтов; • выявление представляющих потенциальную опасность нарушений природных ландшафтов вблизи охранной зоны и технических коридоров трубопроводов. 114 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дистанционное зондирование Земли, его цели. Задачи, решаемые средствами дистанционного зондирования для предотвращения чрезвычайных ситуаций и ликвидации их последствий. 2. Перечислить условия нахождения средств космического мониторинга, влияющие на качественные характеристики материалов ДЗЗ. 3. Перечислить типы отечественных и зарубежных космических аппаратов, используемых для мониторинга природных факторов риска, значимых для территориального планирования, проектирования и эксплуатации природно-техногенных комплексов и промышленных объектов. 4. Перечислить типы отечественных и зарубежных космических аппаратов, используемых для метеорологических наблюдений. 5. В чем заключается процесс обработки (дешифрирования) космических снимков? 6. Какой принцип положен в основу детектирования лесных пожаров методами ДЗЗ? 7. Какие виды наблюдений за состоянием лесов осуществляются с помощью ДЗЗ? Перечислить типы отечественных и зарубежных космических аппаратов для мониторинга лесных пожаров. 8. Какой принцип положен в основу детектирования нефтезагрязнения акваторий морей и океанов методами ДЗЗ? 9. Как оцениваются площади загрязненной нефтью почвы и последствия аварий при добыче и транспортировке нефти? 10. Какие космические аппараты используютя в мониторинге нефтезагрязненных территорий? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощеков А.Н. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях: учеб. пособие для вузов. – М.: Академический Проект, 2005. – 352 с. 2. Рис У.Г. Основы дистанционного зондирования: пер. с англ. – 2-е изд. – М.: Техносфера, 2006. – 336 с. 3. Кравцова В. И. Космические методы исследования почв: учеб. пособие для студ. − М.: Аспект Пресс, 2005. − 190 с. 115 4. Лурье И.К., Косиков А.Г. Теория и практика цифровой обработки изображений // Дистанционное зондирование и географические информационные системы. – М.: Научный мир, 2003. – 168 с. 5. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. − М.: Академия, 2004. − 336 с. 6. Аковецкий В.Г. Аэрокосмический мониторинг месторождений нефти и газа: учеб. пособие. – М.: Недра, 2008. – 208 с. 7. Лабутина И.А., Балдина Е.А. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ: метод. пособие / Всемир. фонд дикой природы (WWF России). – (Проект ПРООН/ГЭФ/МКИ «Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона»). – М., 2011. – 88 с. 8. Перминов А.Н. Состояние и перспективы космической деятельности России // Земля и Вселенная. – 2005. – № 2. – С. 18–28. 9. Гершензон В.Е., Кучейко А.А. Космические системы ДЗЗ среднего и низкого разрешения //Пространственные данные. – 2005. – №1. – С. 44–48. 10. Михайлов С.И. Мониторинг территории с использованием данных ДЗЗ. Детектирование воздействия нефтегазовой индустрии на окружающую среду // Управление развитием территории. – 2008. – № 4. – С. 51–53. Электронные ресурсы Дистанционное зондирование земли из космоса / Ин-т солнечноземной физики СО РАН. – URL: www.ckm.iszf.irk.ru Центр дистанционного зондирования и геоинформационных систем «Терра». – URL: www.gis-terra.kz Электронный журнал по геодезии, картографии и навигации. – URL: www.geoprofi.ru Космический мониторинг акватории и побережья Черного моря. – URL: www.blacksea-online.com Ведение дистанционного зондирования. – URL: http://www.gasu.ru/ resour Всемирная метеорологическая организация. Региональный учебный центр ВМО в России. – URL: http://meteovlab.meteorf.ru ДЗЗ и географические информационные системы на территории стран СНГ. – URL: http://mapexpert.com.ua Интернет-семинары Межуниверситетского аэрокосмического центра. – URL: http://www.geogr.msu.ru/science/aero/acenter/seminars.htm 116 Интернет-каталоги космических снимков 1. Каталоги разнообразных типов снимков, различного разрешения (в приблизительном порядке популярности, по О.В. Тутубалиной, 2009, ссылки актуализированы на начало 2011 г.): Зарубежные • USGS Earth Explorer – каталог Геологической службы США URL: http://edcsns17.cr.usgs.gov/NewEarthExplorer/ – Бесплатно – Landsat MSS, TM, ЕТМ+; SPOT HRV (на территорию Северной Америки в 1986–1998 гг.); радиолокационные снимки SIR-C/XSAR, а также ЦМР SRTM. За незначительную плату – аэрофотоснимки на США и отдельные районы мира; космические фотоснимки миссии CORONA. За плату – ЕО-1 АН, Hyperion. База постоянно пополняется. Организован новый доступ к этой базе на основе Java: http://glovis.usgs.gov/, через него доступны и некоторые снимки радиометра ASTER (Terralook). • Warehouse Inventory Search Tool (WIST) – каталог-портал доступа к данным центров НАСА и партнерских организаций URL: http://wist.echo.nasa.gov/~wist/api/imswelcome/ Бесплатно и за плату – Terra/Aqua MODIS, Terra M1SR, ICESat GLAS, Aqua AMSR/AMSR-E, Terra ASTER и др. • Earthnet – On Line Interactive Stand Alone client (EOLI-SA) – программа, обеспечивающая поиск снимков, распространяемых под эгидой Европейского космического агентства URL: http://earth.esa.int/EOLi/EOLi.html. За плату и бесплатно – ENVISAT/ASAR, ERS/SAR, JERS/SAR, Proba/CHRIS, HRC Landsat, IKONOS, DMC, ALOS, SPOT/HRV(IR), Kompsat, IRS, Nimbus, NOAA, SCISAT, SeaStar, Terra/Aqua. • Gateway to Astronaut Photography of Earth – снимки, выполненные астронавтами и космонавтами с орбиты с 1961 г. (база данных НАСА). URL: http://eol.jsc.nasa.gov/. Бесплатно. • Earth from Space – NASA Space Shuttle Earth Observations Photography database of images – избранные снимки с кораблей Shuttle с аннотациями. URL: http://earth.jsc.nasa.gov/sseop/efs/. Бесплатно. 117 • Global Change Master Directory – данные, карты и снимки, собранные под эгидой программы изучения глобальных изменений. URL: http://gcmd.gsfc.nasa.gov/. Бесплатно. Российские • ScanEx Satellite Image Catalogue – интерактивный каталог снимков, получаемых на приемные станции российского ИТЦ «СканЭкс». URL: http://catalog.scanex.ru/dewb/step1.pl Платные снимки – IRS AWIFS, LISS, PAN;SPOT HRV(IR); RADARSAT SAR; Landsat 5 TM, EROS NA30. • Генеральный каталог российского Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) (преимущественно данные российских съемочных систем). URL: http://sun.ntsomz.ru/ data_new/. Платные снимки по программам МКФ-6, Ресурс-О, Ресурс-Ф, Природа, Метеор, Океан, Монитор, Ресурс-ДК, ERS-2 и др. 2. Каталоги, предлагающие снимки преимущественно очень высокого и сверхвысокого разрешения: • Проект «Космоснимки» – геопортал ИТЦ СканЭкс, предлагающий поиск платных снимков со спутников IKONOS, QuickBird, EROS-A, EROS-B, WorldView-1, GeoEye-1 для последующего заказа, а также космических фотомонтажей («мозаики»). URL: http://www.kosmosnimki.ru • DigitalGlobe ImageFinder URL: http://browse.digitalglobe.com/imagefinder/main.jsp. Платные снимки – WorldView-1,2, QuickBird, аэроснимки на территории США и Канады. • GeoFUSE Online Maps v Pl.O URL: http://geofuse.geoeye.com/maps/. Платные снимки – IKONOS, GeoEye-1, OrbView-2.Sirius Online Catalogue. Платные снимки со спутников SPOT, KOMPSAT-2. URL: http://sirius.spotimage.com/. 3. Каталоги снимков преимущественно относительно высокого разрешения: • Earth Science Data Interface (ESDI) at the Global Land Cover Facility – избранные снимки Landsat (Landsat MSS, TM, ETM+); Terra ASTER; а также ЦМР SRTM; фотокарты Landsat TM, ETM+. 118 URL: http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp. Бесплатно. 4. Каталоги снимков преимущественно низкого разрешения: • Comprehensive Large Array-data Stewardship System (CLASS) – электронная библиотека данных спутника NOAA по параметрам состояния окружающей среды: URL: http://www.class.ncdc.noaa.gov/saa/products/welcome Бесплатно – снимки со спутников NOAA. • MIRAVI – MERIS Images RApid Visualization – снимки, поступающие со спутника ENVISAT, система MERIS. URL: http://www/miravi.eo.esa.int/about.html. Доступны в день получения в виде синтезированного в естественных цветах изображения, ширина полосы обзора больше 1000 км с разрешением 260 м. 5. Каталоги снимков низкого разрешения с геостационарных спутников: • Geostationary Satellite Server URL: http://www.goes.noaa.gov/. Бесплатно – снимки с GOES и других геостационарных спутников. • Meteosat Image Services URL: http://www.eumetsat.int/Home/Main/Access_to_Data/Met// loi.sscc.ru/gis/RS/chapter108.htm Модуль 3 МОНИТОРИНГ ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ РИСКА И ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ Чрезвычайные ситуации техногенного характера связаны с производственной деятельностью человека и могут быть с загрязнением и без загрязнения окружающей среды. Наибольшую опасность в техногенной сфере представляют радиационные аварии, аварии с выбросом аварийно химически опасных веществ, аварийные разливы нефти и нефтепродуктов и др. В настоящее время опасность техногенного характера значительно превосходит опасность стихийных бедствий. Потери от техногенных поражающих факторов в 4–6 раз превосходят потери от стихийных бедствий. Основной причиной возникновения чрезвычайной ситуации техногенного характера в России является износ технологического оборудования, достигающий в ряде случаев предаварийного уровня. В техногенной безопасности можно выделить и другие общие причины возникновения ЧС: технологическая отсталость производства, низкие темпы внедрения ресурсо- и энергосберегающих и других технически совершенных и безопасных технологий; нерациональное размещение потенциально опасных объектов производственного назначения; снижение профессионального уровня работников; недостаточность контроля за состоянием потенциально опасных объектов; ненадежность системы контроля за опасными или вредными факторами. На территории России функционирует более 45 тыс. опасных объектов. В их числе 3600 объектов, имеющих значительные запасы аварийно химически опасных веществ (АХОВ), 10 АЭС с 30 ядерными энергетическими установками, 113 исследовательских ядерных установок, 12 предприятий ядерного топливного цикла, 16 специальных комбинатов по переработке и захоронению радиоактивных отходов, 30 крупных нефтеперерабатывающих предприятий с общей мощностью по переработке нефти 261,6 млн т, а также 80 мини-НПЗ с общей мощностью переработки 11,3 млн т. Все они представляют потенциальную опасность в случае возникновения на них аварий и катастроф, сопровождающихся выбросами АХОВ и радиоактивных веществ, разливом нефти и нефтепродуктов. Город Пермь и другие города Пермского края относятся к городам с высокой потенциальной опасностью возникновения ЧС. Большую угрозу для населения представляют аварии на химических и нефтехими120 ческих объектах, расположенных в жилой зоне города (площадь промышленной зоны составляет 1/10 площади города Перми), где плотность населения намного выше средней по городу – 1300 чел./м2. Основные крупные предприятия нефтехимической промышленности Перми и Пермского края ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь», ООО «ЛУКОЙЛПермнефтеоргсинтез», ООО «ЛУКОЙЛ-Нефтегазпереработка», ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Минеральные удобрения», ОАО «Галоген», ОАО «Сорбент», ОАО «Азот», ОАО «Уралкалий», ОАО «Сильвинит», ОАО «Метафракс». Тема 6. РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ 6.1. Характеристика радиационного воздействия Радиационная безопасность населения (далее – радиационная безопасность) – состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение – излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков. Естественный радиационный фон – доза излучения, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека. Техногенно измененный радиационный фон – естественный радиационный фон, измененный в результате деятельности человека. Эффективная доза – величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Санитарно-защитная зона – территория вокруг источника ионизирующего излучения, на который уровень облучения людей в условиях нормальной эксплуатации данного источника может превысить установленный предел дозы облучения для населения. В санитарнозащитной зоне запрещается постоянное и временное проживание людей, вводится режим ограничения хозяйственной деятельности и проводится радиационный контроль. 121 Зона наблюдения – территория за пределами санитарно-защитной зоны, на которой проводится радиационный контроль. Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или к радиоактивному загрязнению окружающей среды [1]. Основные принципы обеспечения радиационной безопасности. Основной критерий, характеризующий степень радиоэкологической безопасности человека, проживающего на загрязненной территории, – среднегодовое значение эффективной дозы. Единицей эффективной дозы является зиверт (Зв). Для оценки общих последствий облучения населения в случае проживания на загрязненной территории используется коллективная эффективная доза, которая представляет собой произведение средней эффективной дозы по группе людей на число индивидуумов в этой группе. Международной комиссией по радиологической медицине (МКРЗ) рекомендована в качестве предельно допустимой доза облучения населения, равная 1 мЗв/год (0,1 бэр/год). Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523–09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)» (табл. 6.1). Таблица 6.1 Основные пределы доз Нормируемая величина Эффективная доза Дозовые пределы Лица из персонала Лица из населения 20 мЗв (2 бэр) в год в среднем 1мЗв (0,1 бэр) в год в среднем за любые последовательные 5 за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв (5 бэр) лет, но не более 5 мЗв за год (0,5 бэр) в год Планируемые повы- 100 мЗв (10 бэр), допускается с разрешения территоришения облучения в альных органов Госсанэпиднадзора 200 мЗв дозе – эффективная (20 бэр), допускается только с разрешения Госкомсандоза в год эпиднадзора РФ (Ростехатомнадзор с 2004 г.) Российские нормы в области атомной энергетики и промышленности гораздо более строгие по сравнению с западными. По заключению Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), безопасной дозой 122 для персонала ядерных объектов можно считать 50 мЗв/год. По российским нормам, допустимая доза для персонала составляет 20 мЗв/год. Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории: 1. Соматические (телесные) – возникающие в организме человека, который подвергался облучению (лучевая болезнь, локальные лучевые поражения, лейкозы, опухоли разных органов). 2. Генетические – связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению (генные мутации, хромосомные аберрации). Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают, когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Воздействие различных доз облучения (Гр) на человеческий организм: (0,7–2)·10–3 – доза от естественных источников в год; 0,05 – предельно допустимая доза профессионального облучения в год; 0,1 – уровень удвоения вероятности генных мутаций; 0,25 – однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах; 1,0 – доза возникновения острой лучевой болезни; 3–5 – без лечения 50 % облученных умирает в течение 1–2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга; 10–50 – смерть наступает через 1–2 недели вследствие поражений главным образом желудочно-кишечного тракта; 100 – смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы. Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90 % радиационных повреждений восстанавливается. Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. 123 Территории, в пределах которых среднегодовые значения дополнительной (сверхестественного фона) эффективной дозы облучения человека не превышают 1 мЗв, относятся к территориям с относительно благополучной экологической обстановкой. Территории, в пределах которых среднегодовые значения эффективной дозы облучения (дополнительного, сверхестественного фона) могут превысить 5 мЗв и находиться в диапазоне доз до 10 мЗв, необходимо относить к территориям чрезвычайной экологической ситуации. Территории, в пределах которых среднегодовые значения эффективной дозы облучения (дополнительного, сверхестественного фона) могут превысить 10 мЗв, необходимо относить к территориям экологического бедствия. В практической дозиметрии для оценки радиоактивного загрязнения (РЗ) местности γ-излучением часто используют понятие «уровень радиации». Под уровнем радиации понимают мощность экспозиционной дозы γ-излучения, измеренной на высоте 0,7–1 м над зараженной поверхностью. Уровень радиации чаще всего измеряют в рентгенах (милли-, микрорентгенах) на час (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). Экологическая оценка радиоактивного загрязнения почв селитебных территорий проводится по основным показателям: мощности экспозиционной дозы на уровне 1 м от поверхности почвы (мкР/ч) и степени РЗ по отдельным радиоизотопам (Ku /км2) (табл. 6.2). Таблица 6.2 Критерии экологического состояния почв селитебных территорий [8] Показатель Мощность экспозиционной дозы на уровне 1 м от поверхности почвы, мкР/ч Степень РЗ, Ku/км2: по цезию-137 по стронцию-90 по плутонию (сумма изотопов) 124 Экологическое бедствие Относительно Чрезвычайная экологическая удовлетворительная ситуация ситуация Более 400 200–400 – Более 40 Более 3 Более 0,1 15–40 1–3 Более 0,1 До 20 До 1 Для характеристики РЗ территории, оценки радиационной обстановки и определения мер радиационной безопасности при ликвидации последствий при гипотетической, запроектной и других авариях на АЭС условно на местности, подобно ядерному взрыву, выделяют зоны радиоактивного заражения (загрязнения), которые на картах изображают в виде эллипсов (рис. 6.1): умеренного заражения (зона А), сильного (зона Б), опасного (зона В), чрезвычайно опасного (зона Г) и зона радиационной опасности (зона М). Значения этих радиационных характеристик зон РЗ приведены на рис. 6.1 и отличаются от зон РЗ при ядерном взрыве. Данные зоны РЗ и их характеристики используются при оценке радиационной обстановки методом прогнозирования. Рис. 6.1. Характеристика зон радиоактивного заражения (РЗ) местности при аварии на АЭС 125 НРБ-99 устанавливает также и критерии вмешательства (меры защиты) на радиоактивно загрязненных территориях. Так, при величине годовой эффективной дозы более 1 мЗв (0,1 бэр) загрязненные территории по характеру необходимого контроля обстановки и защитных мероприятий подразделяются на четыре зоны (на восстановительной стадии радиационной аварии): 1. Зона радиационного контроля – от 1 до 5 мЗв. В этой зоне помимо мониторинга радиоактивности объектов окружающей среды, сельскохозяйственной продукции и доз внешнего и внутреннего облучения населения и его критических групп осуществляются меры по снижению доз на основе принципа оптимизации и другие необходимые активные меры защиты населения. 2. Зона ограниченного проживания населения – от 5 до 20 мЗв. В этой зоне осуществляются те же меры мониторинга и защиты населения, что и в зоне радиационного контроля. Добровольный въезд на указанную территорию для постоянного проживания не ограничивается. Лицам, въезжающим на указанную территорию для постоянного проживания, разъясняется риск ущербу здоровья, обусловленный воздействием радиации. 3. Зона отселения – от 20 до 50 мЗв. Въезд на указанную территорию для постоянного проживания не разрешен. В этой зоне запрещается постоянное проживание лиц репродуктивного возраста и детей. Здесь ведется радиационный мониторинг людей и объектов внешней среды и принимаются необходимые меры радиационной и медицинской защиты. 4. Зона отчуждения – более 50 мЗв. В этой зоне постоянное проживание не допускается, а хозяйственная деятельность и природопользование регулируются специальными актами. Осуществляются меры мониторинга и защиты работающих с обязательным индивидуальным дозиметрическим контролем [4]. 6.2. Виды и средства радиационно-экологического мониторинга 6.2.1. Мониторинг при штатном режиме работы АЭС Радиационный мониторинг – это система длительных регулярных наблюдений с целью оценки состояния радиационной обстановки, а также прогноза изменения ее в будущем. Радиационный мониторинг является составной частью Национальной системы мониторинга окружающей среды РФ. 126 Мониторинг радиоактивного загрязнения окружающей среды осуществляется гидрометеорологическими станциями и постами наблюдений Росгидромета (измерение мощности экспозиционной дозы гаммаизлучения на местности – в 1250 пунктах; отбор проб: радиоактивных выпадений с помощью горизонтального планшета для определения потока радионуклидов из атмосферы на землю, их суммарной бетаактивности и изотопного состава – в 452 пунктах; аэрозолей из приземной атмосферы с помощью воздухофильтрующей установки – в 54 пунктах, а также с помощью вертикального экрана для измерения концентрации радиоактивных продуктов в приземном слое атмосферы; атмосферных осадков для определения содержания в них трития – в 25 пунктах; воды из пресных водоемов для определения содержания в них стронция90 и других радионуклидов – в 47 пунктах; морской воды для определения содержания стронция-90 – в 10 пунктах; воды рек для определения содержания в них трития – в 13 пунктах. Основной составной частью радиационного мониторинга является радиационный контроль. В соответствии с Законом РФ «О радиационной безопасности населения» на территории России осуществляется государственный контроль за радиационной обстановкой в целях своевременного выявления ее изменения, оценки, прогнозирования и предупреждения возможных негативных последствий радиационного воздействия для населения и окружающей среды, а также в целях систематического предоставления соответствующей оперативной информации органам государственной власти, органам управления использованием атомной энергии, органам государственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии и организациям для принятия необходимых мер по предотвращению или снижению радиационного воздействия. Целями радиационного контроля являются определение степени соблюдения принципов радиационной безопасности и требований нормативов, включая непревышение установленных основных дозовых пределов и допустимых уровней при нормальной работе, получения необходимой информации для оптимизации защиты и принятия решений о вмешательстве в случае радиационных аварий, загрязнения местности и зданий радионуклидами, а также на территориях и в зданиях с повышенным радиационным фоном. Радиационный контроль является частью мероприятий по обеспечению радиационной безопасности. 127 Радиационному контролю подлежат: • радиационные характеристики источников, выбросов в атмосферу, жидких и твердых отходов; • радиационные факторы, создаваемые технологическим процессом на рабочих местах и в окружающей среде; • радиационные факторы на загрязненных территориях и в зданиях с повышенным радиационным фоном; • уровни облучения персонала и населения; • источники медицинского облучения; • природные источники. Основными контролируемыми параметрами являются: • годовая эффективная доза; • годовая эквивалентная доза; • поступление радионуклидов в организм (численное значение величины активности радионуклидов, проникших внутрь организма при вдыхании, заглатывании или через кожу); • объемная или удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных материалах и др.; • радиоактивное загрязнение кожных покровов, одежды, обуви, рабочих поверхностей; • мощность дозы внешнего излучения; • плотность потока частиц и фотонов. Для целей оперативного контроля для всех контролируемых параметров администрация предприятия по согласованию с органами Госсанэпиднадзора устанавливает контрольные уровни. Числовое значение этих уровней устанавливается таким образом, чтобы было гарантировано непревышение основных дозовых пределов и реализация принципа снижения уровней облучения до возможно низкого уровня. При этом учитывается воздействие всех радиационных и нерадиационных факторов от всех подлежащих контролю источников, возможная ошибка измерений, достигнутый уровень защищенности, возможность его дальнейшего снижения с учетом требований принципа оптимизации. Обнаруженное превышение контрольных уровней является основанием для расследования причин этого превышения. Администрация предприятий может, с учетом местных условий, вводить дополнительные, более жесткие числовые значения контролируемых параметров – административные уровни. 128 Государственный надзор за выполнением норм осуществляют органы и учреждения Госсанэпиднадзора и других уполномоченных Правительством России министерств и ведомств. Контроль за соблюдением норм в учреждениях при нормальной работе возлагается на администрацию учреждений. Контроль за медицинским облучением проводит администрация лечебного учреждения, а за природными источниками – администрация территорий. В целях оценки вредного воздействия радиационного фактора на население, планирования и проведения мероприятий по обеспечению его радиационной безопасности, анализа эффективности этих мероприятий с 1988 г. введена радиационно-гигиеническая паспортизация организаций и территорий. Это служит оценке влияния основных техногенных и естественных источников ионизирующих излучений (ИИ) на радиационную безопасность населения наряду с другими системами наблюдения за ИИ. Радиационно-гигиенические паспорта организаций и территорий, составляемые ежегодно, должны включать в себя: • оценку радиационной безопасности населения (персонала); • информацию о территориях и группах риска населения (персонала), подверженных повышенным уровням воздействия ИИ; • прогноз радиационной ситуации в организациях, использующих источники ИИ, и на территориях; • рекомендации, необходимые для планирования, проведения мероприятий и принятия решений, связанных с обеспечением радиационной безопасности населения (персонала); • анализ эффективности проводимых мероприятий, связанных с обеспечением радиационной безопасности населения (персонала); • информацию, необходимую для принятия решений органами управления. Единая государственная автоматизированная система контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации. Для постоянного контроля радиационной обстановки в России создается Единая государственная автоматизированная система контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО), которая состоит из сети постов контроля по всей стране. Эти посты устанавливаются в населенных пунктах. Координацией работ по созданию и развитию ЕГАСКРО занимается Росгидромет; формируются региональные системы мониторинга, в общую структуру вовлекаются ранее созданные территориальные и отраслевые системы радиационного контроля. 129 В рамках государственной наблюдательной сети за состоянием и загрязнением окружающей природной среды Росгидромета реализация этого положения осуществляется путем создания Базовой территориальной подсистемы наблюдения Росгидромета за радиоактивным загрязнением окружающей природной среды (БТПРМ) в составе следующих функциональных блоков: • подсистемы автоматизированного контроля радиационной обстановки в районе радиационно-опасного объекта (АСКРО-РОО); • подсистемы автоматизированного контроля радиационной обстановки на территориях, загрязненных в результате радиационных аварий и инцидентов (АСКРО-ЗТ); • подсистемы автоматизированного контроля радиационной обстановки в местах захоронения радиоактивных отходов, включая морские захоронения (АСКРО-МЗ); • автоматизированной подсистемы раннего предупреждения о трансграничном переносе радиоактивности в случае аварий (АСКРО-РП). Карта с датчиками АСКР представлена на рис. 6.2. Рис. 6.2. Карта с датчиками АСКРО БТПРМ рассматривается как основа для построения функциональной подсистемы ЕГАСКРО, ответственной за информационное объединение ведомственных подсистем, осуществляющих наблюдение за 130 состоянием загрязнения окружающей природной среды на единых научно-методических и технических подходах, и территориальных подсистем субъектов РФ в составе ЕГАСКРО. Подсистема автоматизированного контроля радиационной обстановки в районе радиационно-опасного объекта (АСКРО-РОО) является составной частью Базовой территориальной подсистемы наблюдения Росгидромета за радиоактивным загрязнением окружающей природной среды и входит в состав ЕГАСКРО на территории Российской Федерации. Назначением АСКРО-РОО является организация и реализация в рамках БТПРМ автоматизированных процессов измерения, сбора, обработки и представления информации о состоянии радиоактивного загрязнения окружающей природной среды, подготовки данных анализа и прогноза радиационной обстановки в зоне контроля за радиационноопасным объектом в случае аварийных ситуаций, как составной части общей задачи государственного контроля радиационной обстановки, в соответствии с требованиями действующего законодательства и современных нормативных документов. Целями создания АСКРО-РОО являются: • повышение эффективности государственной наблюдательной сети радиоактивного загрязнения объектов окружающей природной среды (атмосферного воздуха, почвы и поверхностных вод суши), осуществляемого гидрометеорологической службой на территории Российской Федерации, путем приведения ее измерительной и методической базы в соответствие с требованиями современных методических и нормативных документов и автоматизации процессов ее функционирования; • оперативное обеспечение органов государственной власти Российской Федерации и ее субъектов, информационной структуры ЕГАСКРО и других пользователей достоверной информацией о радиоактивном загрязнении окружающей природной среды, в том числе экстренной информацией о его фактических и прогнозируемых резких изменениях, которые могут угрожать жизни и здоровью населения и наносить ущерб окружающей среде; • информационная поддержка деятельности гидрометеорологической службы по обеспечению принятия управленческих решений в области радиационной безопасности специально уполномоченными органами федерального и территориального управления и надзора; 131 • информационное обеспечение Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций данными радиационного мониторинга окружающей природной среды, необходимыми для защиты населения. Основными задачами АСКРО-РОО являются: • автоматизация измерений величин и параметров, характеризующих источники и поля ионизирующих излучений; • организация и осуществление непрерывных автоматизированных процессов наблюдений за содержанием радиоактивных веществ в объектах природной среды; • автоматизированный сбор, обобщение и подготовка данных анализа РО и прогноза ее изменения в результате распространения радиоактивных веществ в окружающей природной среде и передача информации об уровнях загрязнения территории и объектов окружающей природной среды в автоматизированную информационно-управляющую подсистему ЕГАСКРО; • определение превышения установленных контрольных значений уровней радиоактивного загрязнения объектов природной среды, подготовка и передача экстренной информации; • оперативное управление силами и средствами, входящими в состав АСКРО-РОО. Данные радиационного мониторинга представляются федеральными органами исполнительной власти, их структурными подразделениями и подведомственными информационными центрами (табл. 6.3). Таблица 6.3 Перечень федеральных органов исполнительной власти, их структурных подразделений и подведомственных информационных центров, предлагающих участие в предоставлении данных национальной системы радиационного мониторинга [7] Федеральные № органы исполнительп/п ной власти 1 Росатом 2 Росгидромет 132 Информационные центры федеральных органов исполнительной власти Управление ядерной и ра- ФГУП «СКЦ Минадиационной безопасности тора России» Управление мониторинга ФИАЦ Росгидромета загрязнения окружающей среды, полярных, морских работ и кадров Структурные подразделения федеральных органов исполнительной власти Окончание табл. 6.3 Информационные центры федеральных органов исполнительной власти Ростехнадзор Межрегиональный терри- Межрегиональный ториальный округ по ин- территориальный форматизации и защите ин- округ по информаформации тизации и защите информации Минобороны России Управление начальника Войсковая часть войск радиационной, хими- 64053 п. Большое ческой и биологической Буньково Ногинскозащиты Вооруженных сил го района МосковРоссийской Федерации ской области Управление экологической Экологический безопасности Вооруженных центр Министерства сил Российской Федерации обороны Минсельхоз России Федеральное агентство по ФГУ «Центр химисельскому хозяйству. зации и сельскохоУправление экономики и зяйственной радиофедеральных целевых про- логии «Калужский» грамм МЧС России Департамент предупрежде- Всероссийский ния чрезвычайных ситуаций центр мониторинга и научно-технической по- и прогнозирования чрезвычайных силитики туаций Минздравсоцразвития Федеральная служба по Государственный России надзору в сфере защиты научный центр – Инправ потребителей и благо- ститут биофизики Федерального управполучия человека. Федеральное медико-биоло- ления «Медбиоэкстрем» гическое агентство Федеральные № органы исполнительп/п ной власти 3 4 5 6 7 Структурные подразделения федеральных органов исполнительной власти Система контроля за состоянием окружающей природной среды (экологический мониторинг) в районе расположения АЭС создается с целью надзора за безопасной эксплуатацией объекта на всех стадиях ее существования и должна обеспечивать охрану здоровья персонала, населения и объектов окружающей природной среды от загрязнения и вредного влияния. 133 Информация о состоянии загрязнения объектов внешней среды, об источниках загрязнения, параметрах выбросов и сбросов загрязняющих веществ с объекта должна иметь необходимый и достаточный объем, достоверность и оперативность. Частота снятия показаний датчиков, лабораторных исследований, точки контроля, виды исследований и измерений должны определяться специальным документом: «Регламент контроля окружающей среды», который разрабатывается предприятием и согласовывается с органами Госсаннадзора. Обязательному лабораторному контролю подлежат: приземный слой воздуха, атмосферные выпадения, грунтовые и поверхностные воды и донные отложения, водная растительность, рыба, моллюски (водоемов в районе размещения объекта), почва, растительность, животные, обитающие в данном районе. Примерный объем контроля представлен в табл. 6.4. Таблица 6.4 Примерный объем контроля объектов окружающей среды на АЭС Объект контроля Определяющий показатель Мощность дозы Гамма-излучение гамма-излучения на местности Атмосферный Суммарная бета-активность, воздух γ-спектрометрия, радионуклидный состав α, β Атмосферные Суммарная β-активность, выпадения γ-спектрометрия, радионуклидный состав Снег Суммарная β-активность, γ-спектрометрия, радионуклидный состав Почва γ-спектрометрия, радионуклидный состав Растительность γ-спектрометрия, радионуклидный состав 134 Ориентировочная Число частота точек отбора проб, наблюили измерений дения Постоянные изме- 15–50 рения (100) 1 раз в 7 дн. 15–20 1 в месяц 15–20 1 раз в год. 30–40 1 раз в год 60 1 раз в год 60 Окончание табл. 6.4 Объект контроля Определяющий показатель Ориентировочная Число частота точек отбора проб, наблюили измерений дения Сбросы воды Суммарная β-активность, Постоянные изме- По числу γ-спектрометрия, радионук- рения сбросов лидный состав Вода водоемов, в Суммарная β-активность, 1 раз в месяц, 5–20 том числе пруда- γ-спектрометрия, радионук- 1 раз в квартал по охладителя лидный состав объединенной пробе Донные отложеТо же 1 раз в год 5–20 ния и водоросли Рыба –»– 1 раз в год 5–20 Животные –»– 1 раз в год 5–20 Грунтовые воды –»– 1 раз в месяц По числу скважин Продукты пита–»– 1 раз в год В пункния мест. произтах проводства живания Одним из обязательных аспектов радиационного контроля является контроль мощности дозы гамма-излучения и годовой дозы на местности в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. Радиационный технологический контроль на производстве обязательно включает в себя: контроль мощности дозы гамма-излучения в обслуживаемых, периодически обслуживаемых помещениях и на промплощадке АЭС (табл. 6.5). Пункт контроля радиационного состояния среды предназначен для контроля за радиационным загрязнением окружающей среды на фоне ее естественного состояния. Пункты контроля размещаются при строительстве на участках горных выработок (при подземной прокладке газопровода), на площадках линейно-эксплуатационных служб (ЛЭС) и газораспределительных станций (ГРС). Сводные сведения по видам деятельности, объемам и средствам измерения рекомендуемого мониторинга приведены в табл. 6.6. 135 136 2. Контроль радиоактивных аэрозолей и паров в воздухе Мощность эквивалентной (экспозиционной) дозы или мощность 1. Контроль мощностей доз в рабочих помещениях, на рабочих местах и окружающей природной среде Объемная активность радиоактивных аэрозолей и паров эквивалента амбиентной дозы Мощность поглощенной дозы излучений Контролируемый радиационный параметр Вид радиационного контроля Бк/м3 Гр/ч Фотоны Зв/ч Бета-излучающие (долгоживущие радионуклиды стронций-90 + иттрий-90) Альфа Нейтроны Бета Фотоны Нейтроны Бета Вид ионизирующих излучений Единица измерения системная (внесистемная) Диапазон контроля рабочих средств, не менее при НРО при АРО –7 От 4·10 – до 4·10–4 От 2·10–8 – –4 до 2·10 От 2·10–8 – –4 до 2·10 – От 2·10–5 до 2 – От 2·10–5 до 2·10–1 – От 2·10–5 до 10 –4 От 4·10 От 4·10–2 –1 до 4·10 до 4·101 От 4·10–1 От 4·101 2 до 4·10 до 4·104 Требования к контролю параметров радиационной обстановки [15] Таблица 6.5 137 Бк/м3 см–2·с–1 Объемная активность радиоактивных газов 3. Контроль радиоактивных газов в воздухе Плотность потока 4. Контроль радиоактивно- ионизирующих го загрязнения частиц поверхностей в рабочих помещениях Единица измерения системная (внесистемная) Контролируемый радиационный параметр Вид радиационного контроля Бета Альфа Бета (низкоэнергетические – тритий, углерод-14) Бета (инертные газы) Бета (неизвестного или частично известного состава) Бета-гамма (пары радионуклидов йода) Альфа (радон, торон) Вид ионизирующих излучений От 20 до 2·105 От 2·103 до 3,7·106 От 4·103 до 4·106 От 4·104 до 4·107(3Н) От 1·103 до 1·106(14С) От 5·10–2 до 5·101 От 10 до 1·104 От 2 до 2·103 От 1·103 до 1·106 От 5 до 5·103 От 4·105 до 4·108 От 4·105 до 4·109 – От 2·102 до 2·105 – Продолжение табл. 6.5 Диапазон контроля рабочих средств, не менее при НРО при АРО –1 От 1·10 От 1·10–1 2 до 1·10 до 1·104 138 Бк/кг 3 6. Контроль ра- Удельная активдиоактивного ность радионукзагрязнения лидов почвы 7. Контроль ра- Объемная активность радионукдиоактивного загрязнения в лидов в пробе пробах окружающей среды Бк/м Альфа Бк/м3 5. Контроль ра- Объемная активдиоактивного ность радионукзагрязнения вод лидов Альфа (плутоний-239) Гамма (цезий-137,134) Гамма (цезий-137) Бета (стронций-90) Бета (стронций-90) Альфа Гамма (цезий-137) Бета (стронций-90 + + иттрий-90) Бета (тритий) Вид ионизирующих излучений Контролируемый радиационный параметр Единица измерения системная (внесистемная) Вид радиационного контроля От 3 до 5·103 От 3·102 до 3·105 Продолжение табл. 6.5 Диапазон контроля рабочих средств, не менее при НРО при АРО От 4·105 От 0,5 2 до 5·10 до 4·109 От 4·103 От 4·105 до 4·106 до 4·109 От 4·107 до 4·1011 От 2·104 От 2·106 до 2·107 до 2·1010 От 4·101 От 4·103 4 до 4·10 до 4·105 От 4 до 4·103 От 4·102 до 4·106 То же То же 3 От 3 до 3·10 От 3·102 до 3·104 От 0,5 до 5·102 139 9. Контроль состава и содержания радионуклидов в пробах объектов окружающей среды Энергетическое распределение излучения Объемная удельная, поверхностная, активности радионуклидов Бк/м3, Бк/кг, Бк/м2 Дж (МэВ) Бк/м2 Поверхностная активность радионуклидов Альфа Бета Гамма Альфа Бета Гамма Альфа Бета Бета Альфа см–2·с–1 Плотность потока ионизирующих частиц 8. Контроль радиоактивного загрязнения поверхностей объектов окружающей среды Вид ионизирующих излучений Единица измерения системная (внесистемная) Контролируемый радиационный параметр Вид радиационного контроля Окончание табл. 6.5 Диапазон контроля рабочих средств, не менее при НРО при АРО 2 От 1·103 От 1·10 4 до 1·10 до 1·107 От 1·105 От 1·103 до 1·106 до 1·109 От 4·103 От 4·102 4 до 4·10 до 4·106 От 50 От 5 до 5·102 до 5·104 По приложеПо приложению П2 нию П2 НРБ-99 НРБ-99 По пп. 5–8 По пп. 5–8 настоящей настоящей таблицы таблицы Таблица 6.6 Объекты, параметры и средства измерения радиационного мониторинга АRa в грунтах, Бк/кг α-, β-активность воды, Бк/л РКП-306 Лабораторный анализ ППР, мБк/м2·с ЭРОАRn в помещениях, Бк/м3 ПРФ пыль, Аэф Аэф, Бк/кг РРА-01М, ПОУ-4, ИК «Камера» α-Радиометры: Рамон-01 РРА-01М ИЗВ-3М Концентрометр РКП-306 Средства измерений Радиометры СРП-68-01, дозиметр ДРГ-01Т1 Вид деятельности (объект) МЭД гамма-излучения, мкР/ч Радиационные параметры (факторы) – – – – – – Прокладка трубопровода, + строительство дорог, ЛЭП (траншеи, канавы, выемки, шпуры и т.п.) – – + + + – Обустройство ГРС и ЛЭС + (строительная площадка) Ввод в эксплуатацию зданий + – + + – – – и сооружений (здания) Устройство водозаборов + – – – – – + (скважины, подземные воды) Использование стройматериа- + + – – – – – лов местных месторождений Отходы + + – – – – + Примечание: МЭД – мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на рабочих местах предприятия и содержащихся природных радионуклидов в производственных отходах; Аэф – активность естественных радионуклидов; ПРФ – природный радиационный фон; ЭРОАRn – среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность изотопов радона; ППР – плотность потока радона из грунта на строительной площадке (или дна котлована строящегося здания); АRn – активность радона в грунтах. 140 Общие требования к организации мониторинга окружающей среды на АЭС. Объектами контроля и мониторинга на территории АЭС являются: • сбросы ЗВ в окружающую среду, ливневые стоки; • загрязнение подземных вод на наблюдательных скважинах; • общепромышленные отходы; • выбросы ЗВ в ОС; • природоохранное оборудование, очистные системы и пыле-, газоулавливающая установка; • компоненты природной среды (атмосферный воздух, почвенный покров, снежный покров). Контроль окружающей среды производится на территории станции, в санитарно-защитной зоне радиусом 3 км и зоне наблюдения радиусом 30–35 км. Периодичность определения мощности дозы ежечасно. Рис. 6.3. Схема размещения мониторинговых станций контроля уровня гамма-фона Курской АЭС 141 В санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения атомной станции сооружена сеть постов, с помощью которых контролируются содержание радионуклидов в воздухе, гамма-фон местности, атмосферные выпадения, снежный покров, почва, трава, грибы, ягоды, рыба, овощи, молоко, вода и донные отложения в реках и водохранилище, подземные воды. Пример размещения мониторинговых станций контроля уровня гамма-фона представлен на рис. 6.3. 6.2.2. Мониторинг аварийной ситуации Аварии на радиационно-опасном объекте могут привести к радиационной чрезвычайной ситуации (РЧС). РЧС подразделяются на проектные и запроектные. Проектная авария – авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния, в связи с чем предусмотрены системы безопасности. Запроектная авария вызывается не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями и приводит к тяжелым последствиям. При этом может произойти выход радиоактивных продуктов в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающей территории, возможному облучению населения выше установленных норм. В тяжелых случаях могут произойти тепловые и ядерные взрывы. В зависимости от границ зон распространения радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии на АЭС делятся на шесть типов: локальная, местная, территориальная, региональная, федеральная, трансграничная. Для характеристики и информирования населения об аварии на АЭС МАГАТЭ была разработана и внедрена в странах мира, СНГ международная шкала тяжести событий на АЭС (табл. 6.7). Цели мониторинга в аварийной ситуации: • представление информации для классификации аварии; • оказание содействия лицам, принимающим решения, по вопросам необходимости осуществления защитных мероприятий и вмешательства на основании действующих уровней вмешательства (ДУВ); • оказание помощи в предотвращении распространения радиоактивного загрязнения; • представление информации для защиты аварийных рабочих; 142 143 Уровень по шкале INES Категории оценки безопасности Население Радиологические Глубокоэшелонирои окружающая среда барьеры и контроль ванная защита Уровень 7. Крупная Сильный выброс (радиологический эквивалент более неавария скольких десятков тысяч ТБк 131 I) тяжелые последствия для здоровья населения и для окружающей среды Уровень 6. Серьезная Значительный выброс (ридиологический эквивалент авария более нескольких тысяч ТБк 131 I) требуется полномасштабное осуществление плановых мероприятий по восстановлению Уровенья 5. Авария с Органический выброс: тре- Тяжелое повреждение риском для окружаю- буется частичное осуществ- активной зоны и филение плановых мероприя- зических барьеров щей среды тий по восстановлению Уровень 4. Авария без Минимальный выброс: об- Серьезное поврежделучение населения в преде- ние активной зоны и значительного риска физических барьеров: для окружающей среды лах допустимого облучение персонала с летальным исходом Международная шкала аварий на АЭС Авария на ядерном объекте Токаймура, Япония, 1999 год Авария на АЭС ТриМайл-Айленд, США, 1979 год Примеры событий Авария на Чернобыльской АЭС, СССР, 1986 год Авария на АЭС ФукуЯпония, сима I, 2011 год Авария на ПО «Маяк», СССР, 1957 год Таблица 6.7 144 Окончание табл. 6.7 Категории оценки безопасности Уровень Население Радиологические ГлубокоэшелонироПримеры по шкале INES и окружающая среда барьеры и контроль ванная защита событий распро- Аварию удалось пре- Пожар на АЭС ВанУровень 3. Серьезный Пренебрежительно малый Серьезное выброс: облучение населе- странение радиоак- дотвратить, но для дельос, Испания, 1989 инцидент ния ниже допустимого пре- тивности: облучение этого пришлось за- год персонала с серьез- действовать все исдела системы ными последствиями правные безопасности. Также: потеря, похищение или доставка не по адресу высокоактивного источника Уровень 2. Инцидент Значительное распро- Инцидент с серьез- Многочисленные странение радиоак- ными отказами в события тивности: облучение средствах обеспечеперсонала за преде- ния безопасности лами допустимого Уровень 1. Аномальная Аномальная ситуа- Многочисленные ция, выходящая за события ситуация пределы допустимого при эксплуатации Уровень 0. Событие с Отсутствует значимость с точки зрения безопасности Многочисленные события отклонением ниже шкалы • представление точных и своевременных данных об уровне и степени опасности, возникшей вследствие радиационной аварийной ситуации; • определение протяженности пострадавшей территории и продолжительности опасности; • представление детальных физических и химических характеристик опасности; • подтверждение эффективности защитных мероприятий, таких как дезактивация и др. Порядок проведения измерений при серьезной аварии: 1) мощность амбиентной дозы (гамма-, бета-) в облаке, от выпадений, от источника; 2) концентрация радионуклидов в воздухе; 3) карты выпадений для 131I и 137Cs и других значимых радионуклидов; 4) радионуклидный состав выпадений; 5) содержание радионуклидов в пробах продуктов, питьевой воды и др. Общая организация мониторинга окружающей среды и источника представлена на рис. 6.4. План аварийного мониторинга и программы отбора проб. Структура программы аварийного мониторинга и отбора проб представлена в соответствии с основными целями, для выполнения которых она и была установлена (рис. 6.5). При разработке программы аварийного мониторинга необходимо определить существующие возможности и техническую компетенцию. Во время радиационной аварии и сразу после нее вероятна перегрузка ресурсов аварийного реагирования, в связи с чем важно обеспечить их наиболее эффективное и рациональное использование до того времени, пока не будет получена дополнительная помощь. Вначале следует определить с помощью всей доступной метеорологической информации и результатов прогнозирования по моделям протяженность географической территории, на которой люди могут пострадать от выброса радиоактивного материала. Очередность проведения мониторинга и отбора проб должна учитывать структуру этой территории: является ли она жилой, сельскохозяйственной, сельской, торговой, ведется ли на ней промышленная деятельность, имеются ли коммунальные услуги и элементы инфраструктуры. Затем на основании действующих уровней вмешательства и других факторов следует определить необходи- 145 мость проведения дополнительных защитных мероприятий для населения, домашнего скота, посевов, запасов воды и т.д., а также введения запрета на потребление пищевых продуктов и воды, поддержания или восстановления элементов инфраструктуры жизнеобеспечения. На стадии начального реагирования приоритетной задачей поотношению к количественным анализам должно быть определение территории, которая является действительно «грязной», что особенно актуально в случае ограниченных ресурсов реагирования. Рис. 6.4. Общая организация мониторинга окружающей среды при аварийной ситуации 146 147 В случае серьезной ядерной аварии может потребоваться проведение неотложного мониторинга на большой территории (100–1000 км2). Поэтому для обеспечения мониторинга на раннем этапе аварии и отслеживания облака рекомендуется устанавливать вокруг АЭС станции автоматических измерений, проводящие непрерывные измерения уровней мощности дозы в окружающей среде с передачей их в аварийные центры. Еще лучше, если такие станции могут также измерять концентрацию аэрозолей и газообразного йода. Также следует подготовить карту с заранее определенными точками отбора проб (по крайней мере, на расстоянии 50 км вокруг АЭС). Для уточнения очередности проведения мониторинга может использоваться компьютерное моделирование распространения радиоактивного облака при учете источника выброса, метеоусловий и т.д.: первоочередному мониторингу подлежат наиболее загрязненные по результатам прогнозирования населенные территории. Состав радионуклидов в выбросе зависит от сценария аварии на реакторе. Вероятность выброса летучих радионуклидов, таких как 131I, 132 133 131 I, I, Te, 132Te, 134Cs, 137Cs, 103Ru, 106Ru и инертные газы, наиболее высока. В течение первых дней и недель после аварии наибольший вклад в формирование доз облучения вносят короткоживущие радионуклиды, такие как 132I, 131I, 132Te, 103Ru, 140Ba, 141Ce. Это следует учесть при подготовке программы мониторинга и отбора проб. План программы аварийного мониторинга и отбора проб будет определен в соответствии с уровнем рассматриваемой аварии и способностью квалифицированных групп к реагированию на аварийную радиационную ситуацию. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Определите понятие радиационной безопасности населения. 2. Определите понятие эффективной дозы. 3. Виды радиации и ее проникающая способность. 4. Назовите источники радиационного риска. 5. Назовите основной критерий, характеризующий степень радиоэкологической безопасности человека и его значения для относительно удовлетворительной ситуации, чрезвычайной экологической ситуации и территории экологического бедствия. 148 6. Основные пределы доз для лиц из персонала и населения. 7. Критерии вмешательства (меры защиты) на радиоактивно загрязненных территориях. 8. Последствия и поражающие факторы различных доз облучения человеческого организма. 9. Назовите дозиметрические параметры, определяющие меру опасности ионизирующих излучений для человека. 10. Что называют уровнем радиации? Единицы измерения его? 11. Дайте определение радиационно-экологического мониторинга. 12. Основные контролируемые параметры при радиационном контроле. 13. Что такое ЕГАСКРО? 14. Назначение, цели, задачи АСКРО. 15. Назовите Федеральные органы исполнительной власти, их структурных подразделений и подведомственных информационных центров, предлагающих участие в предоставлении данных национальной системы радиационного мониторинга. 16. Порядок проведения измерений при серьезной аварии. 17. Дайте характеристику приборов радиационного контроля. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. О радиационной безопасности населения: Федер. закон от 9 января 1996 г. № 3-ФЗ. 2. СП 2.6.1.2612–10. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010). 3. О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения: Федер. закон от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ. 4. СанПиН 2.6.1.2523–09. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). 5. МУ 2.6.1.2838–11. Радиационный контроль и санитарноэпидемиологическая оценка жилых, общественных и производственных зданий и сооружений после окончания их строительства, капитального ремонта, реконструкции по показателям радиационной безопасности. 6. О мониторинге радиационной безопасности: Приказ от 25 февраля 2009 г. № 44 / Упр. Роспотребнадзора по Пермскому краю. 7. Положение о порядке предоставления данных радиационного мониторинга в соответствии с межправительственным соглашением 149 стран Североевропейского и Балтийского регионов: утв. Росгидрометом № 51, Росатомом № 01, Ростехнадзором № 98 16.02.2005; зарегистр. в Минюсте РФ 30.03.2005 № 6461. 8. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия: методика: утв. Минприроды РФ 30.11.1992. 9. Об обращении с радиоактивными отходами: Федер. закон от 11 июля 2011 г. № 190. 10. Федеральный информационный аналитический центр Росгидромета [Электронный ресурс]. – URL: http://www.feerc.obninsk.org/Ru/ Egaskrow.xml 11. Владимиров В.А., Измалков В.И., Измалков А.В. Радиационная и химическая безопасность населения: моногр. / МЧС России. – М.: Деловой экспресс, 2005. – 544 с. 12. Акимов В.А., Лесных В.В., Радаев Н.Н. Основы анализа и управления риском в природных и техногенных сферах. – М.: Деловой экспресс, 2004. – 352 с. 13. Руководство по мониторингу при ядерных или радиационных авариях / МАГАТЭ. – Вена, 2002. 14. Опорный конспект лекций дисциплины «Защита в чрезвычайных ситуациях» [Электронный ресурс]. – URL: www1.nntu.ru/RUS/ otd_sl/gochs/posobiya/posob10/posob10.doc 15. МУ 2.6.1.14–2001. Контроль радиационной обстановки. Общие требования / Метод. совет Департамента безопасности и чрезвычайных ситуаций М-ва Рос. Федерации по атомной энергии. Тема 7. МОНИТОРИНГ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ 7.1. Классификация и краткая характеристика АХОВ и СДЯВ Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) – это опасное химическое вещество, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (разливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах) (ГОСТ Р 22.9.05–95). Сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) – химические соединения, обладающие высокой токсичностью и способные при определенных условиях (в основном при авариях на химически опасных объектах) вызывать массовые отравления людей и животных, а также заражать окружающую среду. Химически опасный объект (ХОО) – объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасные химические вещества, при аварии на котором или при разрушении которого может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды. Химическая обстановка – обстановка, сложившаяся в окружающей среде на определенной территории в результате нормальной эксплуатации оборудования на ХОО или техногенной аварии с АХОВ. К опасным для человека и окружающей среды отнесены более 30 веществ: аммиак, окислы азота, диметиламин, сероводород, сероуглерод, сернистый ангидрид, соляная кислота, синильная кислота, фосген, фтор, хлор, хлорпикрин, окись этилена и др. В соответствии с приложениями Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ [1] к категории опасных производственных объектов относятся объекты, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются воспламеняющиеся, окисляющие, горючие, взрывчатые вещества. Отдельно выделены вещества, обладающие токсичностью: • токсичные вещества – вещества, способные при воздействии на живые организмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики: 151 средняя смертельная доза при введении в желудок от 15 мг на 1 кг до 200 мг на 1 кг включительно; средняя смертельная доза при нанесении на кожу от 50 до 400 мг/кг включительно; средняя смертельная концентрация в воздухе от 0,5 до 2 мг/л включительно; • высокотоксичные вещества – вещества, способные при воздействии на живые организмы приводить к их гибели и имеющие следующие характеристики: средняя смертельная доза при введении в желудок не более 15 мг/кг; средняя смертельная доза при нанесении на кожу не более 50 мг/кг; средняя смертельная концентрация в воздухе не более 0,5 мг/л; • вещества острой токсичности, представляющие опасность для окружающей природной среды, – вещества, характеризующиеся в водной среде следующими показателями: средняя смертельная доза при ингаляционном воздействии на рыбу в течение 96 ч не более 10 мг/л; средняя концентрация яда, вызывающая определенный эффект при воздействии на дафнии в течение 48 ч не более 10 мг/л; средняя ингибирующая концентрация при воздействии на водоросли в течение 72 ч не более 10 мг/л. Токсичность для человека и других теплокровных живых организмов определяется по количеству токсичного вещества, поглощенного организмом за определенное время или попавшего на кожный покров и находящегося на нем в течение некоторого времени. Токсодоза – доза вещества, вызывающая определенный токсический эффект (определенную степень поражения организма человека). При поражении человека через органы дыхания токсодоза принимается: Ct50 = С · t, где С – средняя концентрация ОВ или АХОВ в воздухе (г/м³, мг/л); t – время пребывания человека в зараженном воздухе (мин, с). Для характеристики токсичности веществ при их воздействии на организм человека чаще всего используются средняя (50 %) пороговая, выводящая из строя и смертельная токсодозы: LCt50 – средняя смертельная токсодоза, вызывающая с определенной степенью вероятности смертельный исход у 50 % пораженных (L – от лат. Letalis – смертельный); 152 ICt50 – средняя выводящая из строя токсодоза, вызывающая выведение из работоспособного состояния 50 % пораженных (I – от англ. Incapacitating – небоеспособный); PCt50 – средняя пороговая токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения у 50 % пораженных (Р – от англ. Primary – начальный). Все эти токсодозы измеряются в г·мин/м3, мг·с/л. В Федеральном законе № 116-ФЗ приведены предельные количества опасных веществ (в тоннах), наличие которых на опасном производственном объекте является основанием для обязательной разработки декларации промышленной безопасности: Воспламеняющиеся газы .................................................................200 Горючие жидкости, находящиеся на товарно-сырьевых складах и базах ..............................................................................50000 Горючие жидкости, используемые в технологическом процессе или транспортируемые по магистральному трубопроводу ..........200 Токсичные вещества .........................................................................200 Высокотоксичные вещества ..............................................................20 Окисляющие вещества .....................................................................200 Взрывчатые вещества......................................................................... 50 Вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды ..............................................................................200 Аммиак ..............................................................................................500 Нитрат аммония (нитрат аммония и смеси аммония, в которых содержание азота из нитрата аммония составляет более 28 % массы, а также водные растворы нитрата аммония, в которых концентрация нитрата аммония превышает 90 % массы) .............................. 2500 Нитрат аммония в форме удобрений (простые удобрения на основе нитрата аммония, а также сложные удобрения, в которых содержание азота из нитрата аммония составляет более 28 % массы (сложные удобрения содержат нитрат аммония вместе с фосфатом и (или) калием) ..........................................................10000 Акрилонитрил ...................................................................................200 Хлор .....................................................................................................25 Оксид этилена .....................................................................................50 Цианистый водород ............................................................................20 Фтористый водород ............................................................................50 Сернистый водород ............................................................................50 Диоксид серы ....................................................................................250 153 Триоксид серы .....................................................................................75 Алкилы .................................................................................................50 Фосген ...............................................................................................0,75 Метилизоцианат ...............................................................................0,15 По путям поступления в организм человека АХОВ подразделяются на группы: • ингаляционного действия – поступают через органы дыхания; • перорального действия – поступают через желудочно-кишечный тракт; • кожно-резорбтивного действия – воздействуют через кожные покровы. При проникновении в организм человека АХОВ способны вызывать болезненные состояния, нарушать нормальную деятельность, а при определенных условиях приводить к летальному исходу. Кроме токсичного действия, АХОВ может способствовать генетическим изменениям (табл. 7.1). Таблица 7.1 Классификация АХОВ по признакам воздействия на человека Группа Воздействие на человека 1 Вещества преимущественно удушающего действия 2 Вещества преимущественно общеядовитого действия 3 4 5 6 Пример Хлор, треххлористый фосфор, фосген Цианистый водород, хлорциан, синильная кислота, окись углерода Сероводород, окислы азота, сернистый ангидрид Фосфорорганические соединения, сероуглерод Аммиак Вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием Нейротропные яды, т.е. вещества, поражающие центральную нервную систему Вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием Метаболические яды, поражают централь- Дихлорэтан, этиленоксид, ную нервную систему и кроветворные ор- метилхлорид ганы Наиболее широко распространены в народном хозяйстве химические вещества, такие как хлор и аммиак. Аммиак используется как хладагент при хранении пищевых и других продуктов, применяется при производстве минеральных удобрений, взрывчатых веществ, при про154 изводстве азотной кислоты. Хлор применяется в производстве каучука, пластмасс, отбеливателей ткани и бумаги, синтетических пленок, хлорной извести, дезинфицирующих средств, а также является основным продуктом при очистке (хлорировании) воды. В соответствии с ГОСТ 12.1.007–76 (99) по степени воздействия на организм человека СДЯВ разделяются на 4 класса опасности (табл. 7.2). Таблица 7.2 Классификация СДЯВ по степени воздействия на организм человека Наименование показателя Рекомендуемое значение для класса опасности Ι ΙΙ ΙΙΙ ΙV Чрезвычайно Высоко Умеренно Мало опасные опасные опасные опасные Менее 0,1 0,1–1,0 1,1–10,0 Более 10,0 ПДКраб.зоны, мг/м3 LCt50 при введении Менее 15 15–150 151–5000 Более 5000 в желудок, мг/кг LCt50 при нанесении Менее 100 100–500 501–2500 Более 2500 на кожу, мг/кг 3 LCt50 в воздухе, мг/м Менее 500 500–5000 5001–50 000 Более 50 000 Коэффициент возможности ингаляци- Более 300 300–30 29–3 Менее 3 онного отравления Зона острого дейстМенее 6,0 6,0–18,0 18,1–54,0 Более 54,0 вия* Зона хронического Более 10,0 10,0–5,0 4,9–2,5 Менее 2,5 действия** Хлористый Аммиак, меПримеры Фтористый Акролеин, тилакрилат, водород, хло- мышьякови- водород, рокись фос- стый водо- бромистый ацетон фора, этиле- род, синиль- водород, сенимин, ртуть ная кислота, роводород, сероуглерод, триметилафтор, хлор мин * Это отношение средней смертельной концентрации АХОВ к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма. ** Это отношение минимальной пороговой концентрации, вызывающей изменения биологических показателей на уровне целостного организма к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей вредное действие. 155 Классификация химически опасных объектов (ХОО). Степень опасности объекта определяется с учетом следующих характеристик: • масштаба возможных последствий химической аварии для населения и прилегающих к объекту территорий; • типа возможной ЧС при аварии на ХОО по наихудшему сценарию; • степени опасности АХОВ, используемых на ХОО; • риска возникновения аварии на ХОО. По масштабам возможных последствий химической аварии ХОО делятся на четыре степени химической опасности (табл. 7.3). Таблица 7.3 Показатель опасности ХОО по возможному масштабу последствий аварии Степень опасности ХОО I II III IV 156 Количество людей, находящихся в прогнозиПримеры ХОО руемой зоне химического заражения Крупные предприятия химической ≥ 75 тыс. чел. промышленности, водоочистные сооружения, расположенные в непосредственной близости или на территории крупнейших и крупных городов От 40 до 75 тыс. чел. Предприятия химической, нефтехимической, пищевой и перерабатывающей промышленности, водоочистные сооружения коммунальных служб больших и средних городов, крупные железнодорожные узлы До 40 тыс. чел. Небольшие предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности (хладокомбинаты, мясокомбинаты, молокозаводы и др.) местного значения, водоочистные сооружения и др. средних и малых городов и сельских населенных пунктов Численность персонала, Предприятия и объекты с относит.к. зона поражения не вы- тельно малым количеством АХОВ ходит за пределы террито- (менее 0,1 т) рии объекта Виды аварийных ситуаций с выбросом АХОВ на химически опасных объектах представлены на рис. 7.1. Рис. 7.1. Виды аварий на химически опасных объектах Критерий обеспечения химической безопасности. Научно обоснованными критериями гигиенической оценки загрязнения воздуха являются предельно допустимые концентрации для рабочей зоны, максимально разовые и среднесуточные концентрации веществ в воздухе населенных мест. Государственным мониторингом окружающей среды, осуществляемым в субъектах Федерации территориальными центрами Росгидромета, определены высокие и экстремально высокие уровни загрязнения компонентов окружающей среды (табл. 7.4). Аварийными признаются выбросы в атмосферу и сбросы неочищенных стоков в случае: • если аварийный выброс (сброс) привел к экстремально высокому загрязнению и оно зафиксировано аналитически или по визуальным и органолептическим признакам; • при увеличении объемов поступления сточных вод от стационарных источников загрязнения и увеличении концентраций загрязняющих веществ в сточных водах в 10 и более раз; • при попадании в природную среду от нестационарных источников загрязнения (автотранспорт, железнодорожный транспорт, суда, другие плавсредства) токсических загрязняющих веществ, веществ, для которых ПДК не установлены, нефтепродуктов в количестве 5 т и более; • при сбросе нефти и других продуктов из нефтепроводов в количестве 10 т и более. 157 Таблица 7.4 Уровни загрязнения окружающей среды, определяемые инструментальными методами Высокий уровень Экстремально высокий загрязнения уровень загрязнения Атмосферный Содержание одного или не- Содержание одного или невоздух скольких веществ, ПДКмр скольких веществ, превыпревышающее в 10 и более шающее ПДК: раз – более чем в 50 раз на срок менее 8 ч, – в 30–49 раз на 8 – 24 ч, – 20–29 раз на 1 – 2 сут. Поверхностные Максимально разовое содер- Превышение ПДК для веводные объекты жание для нормируемых ве- ществ 1–2-го класса в 5 и боществ 1–2 класса в концен- лее раз, а для веществ 3–4-го трациях, превышающих ПДК класса – в 50 и более раз от 3 до 5 раз, для веществ 3–4 класса опасности – от 10 до 50 раз (для нефтепродуктов, фенолов, соединений меди, железа, марганца – от 30 до 50 раз), величины БПК5 от 10 до 40 раз, снижение растворенного кислорода до значений от 3 до 2 мгО2/ дм3 Почва Превышение ПДК в 50 и более раз Объект В планировке населенных мест для обеспечения безопасности населения, проживающего в зоне возможного влияния опасных объектов, создаются зоны защитных мероприятий и санитарно-защитные зоны (СЗЗ). Размер СЗЗ зависит от мощности, условий осуществления технологического процесса, характера и количества выделяемых в окружающую среду вредных веществ и других вредных факторов в соответствии с санитарной классификацией предприятий. В зависимости от класса объекта размеры санитарно-защитных зон составляют: I класса – 1000 м, II – 500 м, III – 300 м, IV – 100 м, V – 50 м. К I классу, как известно, относятся химические объекты, имеющие в обращении следующие АХОВ: аммиак жидкий, ангидрид сернистый жидкий, двуокись азота, кислоту синильную, метилакрилат, нитрил акриловой кислоты, сероуглерод, триметиламин, фосген, хлор жидкий и ряд других. 158 За время прохождения паров зараженного воздуха через санитарно-защитную зону концентрации АХОВ снижаются, однако при крупномасштабных авариях, особенно на складах хранения АХОВ, глубина распространения зараженного воздуха с поражающими концентрациями может в десятки раз превышать глубину санитарно-защитной зоны. Вместе с тем ее наличие в ряде случаев позволяет своевременно предупредить население о химической опасности. При размещении на территории объектов различных производств и сооружений определенное влияние на распространение АХОВ оказывает плотность объектов застройки на промышленной площадке. Чем выше плотность, тем меньше проветривание территории предприятий, зданий и сооружений, а следовательно, больше время возможного застоя АХОВ и воздействия зараженного воздуха на персонал объекта. Зонирования на территории самих химически опасных объектов, внутри их зданий и сооружений не предусматривается, хотя на многих объектах, особенно I класса, да и других, условно существуют «чистые» и «грязные» зоны, на границе которых имеются контроль и реализуются мероприятия по защите персонала от воздействия. 7.2. Мониторинг химически опасного объекта 7.2.1. Мониторинг при штатном режиме работы предприятия Мониторинг химически опасного объекта (мониторинг ХОО) – система регулярного наблюдения и контроля за состоянием систем безопасности химически опасного объекта, химической обстановкой на его территории и санитарно-защитной и/или охранной зоны, готовностью сил и средств соответствующих служб к ликвидации последствий химических аварий и защите населения. Мониторинг окружающей природной среды и ее химического загрязнения осуществляется территориальными центрами федеральной службой Росгидромет. Для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха наблюдения проводятся в 219 городах (621 пункт); мониторинг состояния природных вод осуществляется на 1140 водных объектах (1726 пунктов); снежный покров оценивается в 461 контрольном пункте; трансграничный перенос загрязняющих воздух веществ контролируется на 5 станциях; химический состав и кислотность осадков на 170 пунктах; комплексный фоновый мониторинг на 5 станциях. В атмосферном воздухе определяется содержание более 30 загрязняющих веществ, в водных объектах – более 50 показателей, в почве – содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов, 159 пестицидов. Контроль воздушной среды оценивается по РД 52.04.186–89 «Руководство по загрязнения атмосферы», контроль водных объектов – по ГОСТ 17.1.3.07–82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков», РД 52.18.595–96 «Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды». Мониторинг химически опасного объекта включает в себя наблюдение и контроль: • за параметрами технического состояния систем, определяющих безопасную работу с АХОВ; • выбросами (сбросами) в атмосферу, гидросферу и литосферу АХОВ на территории химически опасного объекта, в санитарнозащитной и/или охранной зонах; • состоянием емкостей, связанных с размещением АХОВ; • своевременностью и качеством проведения регламентных, планово-предупредительных и других видов ремонтных работ с емкостями, в которых размещаются АХОВ; • метеообстановкой, экстренными и долгосрочными сообщениями о состоянии окружающей природной среды и об аномальных явлениях в районе расположения ХОО; • состоянием систем оповещения об аварии на ХОО и угрозе поражения населения; • сетью наблюдения и лабораторного контроля за химической обстановкой, а также средствами химической разведки; • средствами индивидуальной и коллективной защиты населения от АХОВ; • техническими средствами, предназначенными для ликвидации последствий химических аварий на ХОО; • подготовленностью личного состава органов управления и подразделений МЧС России, участвующих в ликвидации последствий химических аварий и защите населения, к действиям в случае аварии на ХОО. Мониторинг ХОО осуществляется собственником или эксплуатирующей объект организацией и структурами, уполномоченными на проведение указанного мониторинга. Методы прогнозирования последствий аварий на ХОО, перечень исходных данных, правила оценки, алгоритмы прогноза и оценки дос- 160 товерности, перечень выходных данных должны соответствовать требованиям ГОСТ 22.1.01. Все требования, связанные с организацией, проведением и техническим обеспечением мониторинга, должны учитываться при проектировании ХОО, уточняться в ходе эксплуатации и заноситься в нормативную техническую документацию. Разработка сценариев возникновения, развития чрезвычайных ситуаций, а также прогнозирование их последствий осуществляется организацией, проектирующей ХОО, и органами, специально уполномоченными на решение задач в области защиты населения от чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Организация, эксплуатирующая ХОО, при замене оборудования или изменении технологии работ с АХОВ должна уточнять результаты прогноза. Общие требования к системе мониторинга химически опасных объектов. Мониторинг ХОО осуществляется постоянно с установленной периодичностью в соответствии с программой наблюдений и ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 17.2.4.02, ГОСТ Р 8.589. Периодичность контроля устанавливается в зависимости от класса опасности загрязняющего вещества: для I класса – не реже 1 раза в 10 дней, II класса – не реже 1 раза в месяц, III и IV классов – не реже 1 раза в квартал. В зависимости от конкретных условий производства периодичность контроля может быть изменена по согласованию с органами государственного санитарного надзора. При установленном соответствии содержания вредных веществ III, IV классов опасности уровню ПДК допускается проводить контроль не реже 1 раза в год. Методики и средства должны обеспечивать избирательное измерение концентрации вредного вещества в присутствии сопутствующих компонентов на уровне ≤ 0,5 ПДК. Границы допускаемой погрешности измерений концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, равных ПДК или более, должны составлять ±25 % от измеряемой величины при доверительной вероятности 0,95; при измерениях концентраций ниже ПДК – границы допускаемой абсолютной погрешности измерений должны составлять ±0,25 ПДК в мг/м3 при доверительной вероятности 0,95. Общие требования к системе мониторинга химически опасных объектов приведены в табл. 7.5. В случае необходимости эти параметры могут быть дополнены по усмотрению организации, проводящей мониторинг ХОО. 161 162 Общие требования к системе мониторинга химически опасных объектов Объект моСведения, необходимые Контролируемый Прогнозируемый параметр ниторинга для проведения мониторинга параметр в случае аварии на ХОО с АХОВ Химически • Общее количество АХОВ на объ- В соответствии с п. 4.2 • Время испарения АХОВ в опасный объ- екте, т; количество АХОВ в каждой ГОСТ Р 22.1.10–2002 районе аварии с поверхности ект и его ме- емкости, т; земли, мин, ч, сут; сторасполо• высота обваловки поддона, м; • время химического заражежение ния воздуха в зонах распро• расположение емкостей на терристранения АХОВ на различных тории объекта; удалениях от района аварии, • места допустимых количеств вымин, ч, сут; бросов АХОВ в атмосферу или сбросов • количество пораженных от в водоем; первичного облака, чел.; • места захоронения твердых токсич• количество пораженных от ных отходов на территории объекта; вторичного облака, чел.; • характеристика застройки и мест• общее количество пораженности, на которой расположен ХОО ных, чел.; (городская, сельская, местность рав• структура пораженных; конинная, лесистая, холмистая и т.д.); пораженной техники, личество • вид растительности на местности требующей проведения специ(трава, лес, кустарник и т.д.); альной обработки, ед.; • размеры и границы территории • объем (количество), состав ХОО и санитарно-защитной и/или охрастворов для обеззараживания ранной зон, м; местности; • перечень организаций, проводящих мониторинг близлежащих ХОО Таблица 7.5 163 Сведения, необходимые для проведения мониторинга Контролируемый параметр Продолжение табл. 7.5 Прогнозируемый параметр в случае аварии на ХОО с АХОВ • количество сил и средств, необходимых для проведения аварийно-спасательных работ при ликвидации аварий на ХОО; • размер ущерба окружающей среде АварийноФизико-химические характеристики • Концентрация пораженных, • Количество химически АХОВ: АХОВ в воздухе, чел.; опасное ве- • наименование; мг/дм3; воде, мг/дм3; • структура пораженных; щество • температура плавления и кипения; почве, мг/кг; зараженной • количество • относительная плотность по воздуху; • плотность зараже- техники, ед.; • растворимость в воде и растворите- ния местности и объек- • площадь заражения, км2 2 лях, в том числе используемых на ХОО тов, г/м в технологических процессах; • взрыво-, пожароопасность (температура вспышки и самовоспламенения, концентрационные пределы взрываемости, условия, при которых возможен взрыв или самовоспламенение); • коррозионная активность. Токсические свойства АХОВ: • класс опасности, определяемый по ГОСТ 12.1.005; Объект мониторинга 164 Сведения, необходимые для проведения мониторинга • общий характер действия на человека, животных, рыб, растения; • признаки поражения людей, животных, рыб, растений; предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе (рабочей зоны, среднесуточная, максимальная разовая); • средние смертельные концентрации АХОВ для различного времени воздействия; пороговой, • значения токсодоз: смертельной; • данные о методах обеззараживания АХОВ; • меры оказания первой и доврачебной помощи при поражениях АХОВ Технологи• Коррозионная стойкость материаческие емко- лов, из которых изготовлены емкости сти с АХОВ, для размещения АХОВ; технологи• анализ причин и последствий аваческий рег- рий с АХОВ; ламент, оп- • время и причины проведения аваределяющий рийных работ с емкостями для АХОВ; Объект мониторинга Контролируемый параметр Возможность возникновения аварии с АХОВ на ХОО Продолжение табл. 7.5 Прогнозируемый параметр в случае аварии на ХОО с АХОВ 165 Продолжение табл. 7.5 Объект моСведения, необходимые Контролируемый Прогнозируемый параметр ниторинга для проведения мониторинга параметр в случае аварии на ХОО с АХОВ – работу с • сроки, объемы, качество и полнота АХОВ проведения регламентных, плановопредупредительных и других видов работ с емкостями для АХОВ МетеоролоВ режиме реального времени и ме- • Скорость ветра, м/с; • Продолжительность порагические ус- сячном прогнозе: • температура возду- жающего действия АХОВ, ч; ловия в рай- • скорость приземного ветра на высо- ха, ºC; • время подхода первичного оне ХОО те 10 м; • степень вертикаль- и/или вторичного облака к на• температура воздуха на высоте 10 м; ной устойчивости воз- селенным пунктам, с, ч; • концентрация АХОВ по • степень вертикальной устойчиво- духа следу движения первичного и сти воздуха (инверсия, изотермия, конвекция); вторичного облака, мг/дм3 • сведения о возможных землетрясениях, наводнениях, других аномальных природных явлениях (гололед, шторм, ураган, ливень и т.д.); • в долгосрочном прогнозе: роза ветров Система Быстродействие, с Эффективность системы опо• Тип системы оповещения; оповещения • время начала оповещения, мин; вещения, % об аварии на • плотность населения, чел./км2; ХОО • метеоусловия 166 Окончание табл. 7.5 Объект моСведения, необходимые Контролируемый Прогнозируемый параметр ниторинга для проведения мониторинга параметр в случае аварии на ХОО с АХОВ Защищен• Наличие СИЗ у населения и персо- • Техническое со- • Количество укрываемых в ность насе- нала, компл.; стояние СИЗ; убежищах, чел.; ления и пер- • наличие убежищ и количество ук- • умение использо- • Количество пораженных, чел. сонала объ- рываемых, чел. вать СИЗ и убежища; екта • время выдачи СИЗ населению, мин; • подготовленность убежищ к приему укрываемых Система на- • Наличие и качественное состояние Работоспособность и блюдения и приборов химической разведки и кон- чувствительность приборов и систем контроля контроля за троля; химической • наличие и работоспособность сисобстановкой тем контроля за химической обстановкой на ХОО Силы и • Укомплектованность личным со- Подготовленность лич- Время ликвидации последстного состава и техники вий аварии на ХОО, ч, сут. средства для ставом; проведения • подготовленность личного состава; к ликвидации последаварийно• наличие техники, необходимой для ствий аварии на ХОО спасатель- проведения работ ных работ 7.2.2. Обоснование программы мониторинга для оценки масштабов распространения аварии Основные аварийные ситуации на химически опасных объектах в основном связаны с выбросами в атмосферный воздух. При аварийном событии на ХОО в целях осуществления конкретных защитных мероприятий организуется химическая разведка и проводится оценка обстановки, сложившейся (складывающейся) в результате аварии. Определяется наличие АХОВ, характер и объем выброса, направление и скорость движения облака, время прихода облака к тем или иным объектам производственного, социального, жилого назначения, территория, охватываемая последствиями аварии, в том числе степень ее заражения АХОВ, возможность трансформации и миграции загрязняющих веществ, и другие данные (рис. 7.2). Рис. 7.2. Воздействие АХОВ при аварии на ХОО Существенное влияние на глубину зоны химического заражения территории оказывают неблагоприятные метеорологические условия и, в первую очередь, степень вертикальной устойчивости воздуха (ВУВ). Различают три степени ВУВ: инверсия, изотермия и конвекция. Каждая из них характеризуется типичным распределением температуры воздуха в нижнем слое, а также интенсивностью вертикального перемещения воздуха. Инверсия – возникает обычно в вечерние часы, примерно за 1 ч до захода солнца и разрушается в течение часа после его восхода. При инверсии нижние слои воздуха холоднее верхних, что препятствует рассеиванию его по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций зараженного воздуха. 167 Изотермия – характеризуется стабильным равновесием воздуха. Она наиболее характерна для пасмурной погоды, но может возникать также и в утренние и вечерние часы как переходное состояние от инверсии к конвекции (утром) и наоборот (вечером). Конвекция – возникает обычно через 2 ч после восхода солнца и разрушается примерно за 2–2,5 ч до его захода. Она наблюдается обычно в летние ясные дни. При конвекции нижние слои воздуха нагреты сильнее верхних, что способствует быстрому рассеиванию зараженного облака и уменьшению его заражающего действия. При прогнозировании масштабов заражения зоны химического заражения наносятся на схемы (картографические топоосновы) следующим образом: зона возможного заражения облаком АХОВ на схеме ограничена окружностью, полуокружностью или сектором, имеющим угловые размеры и радиус, равный глубине заражения. Зона фактического заражения, по форме близкая к эллипсу, находится в пределах возможного заражения. а б в Рис. 7.3. Схема зон возможного заражения 168 При скорости ветра по прогнозу U ≤ 0,5 м/с точка О соответствует источнику заражения, ∠ϕ = 360°, радиус окружности (r) равен глубине зоны распространения АХОВ (Г) (рис. 7.3, а). При скорости ветра по прогнозу от 0,6 до 1,0 м/с точка О соответствует источнику заражения, ∠ϕ = 180°, радиус полуокружности равен Г (рис. 7.3, б). Биссектриса полуокружности совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра. Эллипс соответствует зоне фактического заражения на фиксированный момент времени. При скорости ветра по прогнозу более 1,0 м/с зона заражения имеет вид сектора с углом ∠ϕ = 90° при 1,1 < U < 2,0 м/с; с углом ∠ϕ = 45° при U > 2,0 м/с. Радиус сектора равен Г. Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра (рис. 7.3, в). При оценке метеоусловий различают два случая: 1) метеоусловия известны; 2) метеоусловия неизвестны, в этом случае принимаются метеоусловия, способствующие распространению зараженного облака: степень вертикальной устойчивости воздуха – инверсия; скорость ветра Vв = 1 м/с; температура – максимальная в данной местности. Рис. 7.4. Схема размещения мест отбора проб в зоне заражения АХОВ на ХОО (красным отмечены пункты контроля в зоне заражения, синим – за пределами зоны) На основании времени достижения опасных концентраций в зоне жилых объектов и площади распространения АХОВ обосновываются места отбора проб (рис. 7.4), с учетом зоны наибольшего скопления людей (школы, детские сады, больницы, торговые центры и др.); зоны высокоэтажных домов (т.е. в районах застоя); зоны пересечения завершения предполагаемого воздействия химического вещества; зоны за пределами территории заражения. 169 При аварии транспортного средства, перевозящего АХОВ, индивидуальный риск гибели людей составляет более 2·10–9 на расстоянии 300 м от аварии транспортного средства с хлором (рис. 7.5). Рис. 7.5. Зависимость риска гибели людей от расстояния (от места аварии транспортного средства, перевозящего АХОВ) Санитарно-химический контроль может быть дискретным или непрерывным и использовать любые методы, позволяющие адекватно оценивать обстановку. Необходимо определять уровни загрязнений и их распространенность (границы), контролировать динамику, оценивать возможность трансформации веществ, учитывать их миграцию. При этом необходимо соблюдать основное требование – как можно более быстро получать информацию. Технические средства обнаружения и определения концентраций АХОВ размещены на платформе автомобилей. Передвижные лаборатории имеют преимущества в оперативности получения информации и скорости ее обновления ввиду физической близости к месту аварии. Выбор пробоотборной и химико-аналитической аппаратуры и комплектация переносных и подвижных лабораторий определяется предполагаемым перечнем АХОВ для региона, территории или объекта. 170 Основными требованиями к методам анализа и аппаратуре являются: • экспрессность качественного и количественного определения ОХВ – желательно в режиме реального времени или, по крайней мере, в течение нескольких минут – получаса; • широкий динамический диапазон измеряемых концентраций веществ: от 1·102 до 1·104 (от предельно допустимых до максимально переносимых концентраций); • высокая селективность анализа наиболее аварийно опасных веществ. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дайте определение понятий АХОВ, СДЯВ, ХОО. Охарактеризуйте пути поступления и виды воздействия АХОВ на человека. 2. В чем заключается понятие «токсодоза», в каких единицах она измеряется? 3. Приведите классификацию АХОВ по признаку преимущественного воздействия на человека, классификацию СДЯВ по степени воздействия на организм человека. 4. Какие допустимые объемы обращения на производстве опасных веществ регламентированы Федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»? 5. Назовите виды аварий на ХОО, различные по масштабам и последствиям. От чего зависит характер развития и масштаб последствий ЧС на ХОО? 6. Какие критерии оценки химического загрязнения окружающей среды вам известны? 7. Перечислите объекты мониторинга в зоне влияния ХОО. От чего зависит периодичность контроля? 8. Приведите общие требования к системе мониторинга химически опасных объектов. 9. Перечислите основные исходные данные при прогнозировании масштабов загрязнения АХОВ. 10. Какие требования предъявляются к методам анализа и аппаратуре? 171 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: Федер. закон от 20.06.1997 г. № 116-ФЗ. 2. ГОСТ 12.1.005–88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (ПДК для 1307 наименований веществ). 3. ГОСТ 12.1.007–76 (99). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. 4. Временный перечень СДЯВ / Штаб гражд. обороны СССР. – М., 1987. 5. Директива нач. штаба ГО СССР № 2 от 20.12.90 г. Перечень опасных химических продуктов, при нахождении которых на производстве либо на хранении выше установленных объемов необходима разработка дополнительных мероприятий по защите населения на случай аварии с этими продуктами. 6. ГОСТ Р 22.1.10–2002. Мониторинг химически опасных объектов. 7. ГОСТ Р 22.0.05–94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения. 8. ГОСТ 12.1.007–76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. 9. Временное положение о порядке взаимодействия органов исполнительной власти при аварийных выбросах и сбросах загрязняющих веществ и экстремально высоком загрязнении окружающей природной среды: зарегистр. в Минюсте России 11 сентября 1995 г. № 946. 10. ГОСТ 17.2.4.02–81. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ. 11. ГОСТ Р 8.589–2001. Контроль загрязнения окружающей природной среды. Метрологическое обеспечение. Основные положения. 172 Тема 8. МОНИТОРИНГ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ 8.1. Нефть. Эколого-геохимические характеристики содержания нефтепродуктов Нефть (от персид. нефт – вспыхивать, воспламеняться) – горючая, маслянистая жидкость со специфическим запахом от светло-коричневого (почти бесцветного) до темно-бурого (почти черного) цвета. В настоящее время в России действует ГОСТ Р 51858–2002, в котором прописаны основные характеристики нефтей, добываемых на территории Российской Федерации. В соответствии с этим стандартом приняты 2 определения нефти: сырая и товарная нефть. Сырая нефть – жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого физико-химического состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битума и кокса [1]. Товарная нефть – нефть, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов, принятых в установленном порядке [1]. С химической точки зрения нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, основу которой составляют углеводороды различного строения. Состав и строение нефти различных месторождений нередко сильно отличаются друг от друга. Основными источниками загрязнения при бурении скважин являются атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенно-растительный покров. Условно источники загрязнения при бурении скважин можно разделить на постоянные и временные (рис. 8.1). На разных этапах строительства скважин в атмосферу выбрасываются вредные вещества (табл. 8.1). Эколого-геохимические нормативы содержания нефтепродуктов. Нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Нефть и нефтепродукты представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, 173 ароматические углеводороды, кислородные, азотистые и сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот). Рис. 8.1. Систематизация источников загрязнения при бурении скважин Таблица 8.1 Перечень вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу на разных этапах строительства скважин [2] Источники выделе- Вредные вещества, выбрасываемые ния вредных веществ в атмосферу в атмосферу I. Строительно- Транспорт, спецтех- Оксид углерода, оксимонтажные рабо- ника, дизель-электро- ды азота, углеводороты (планировка и станция, материалы ды (диз. топ.), сажа обустройство (цемент и пр.), емко- (в пересчете на С), площадки под сти хранения ГСМ, диоксид серы, глинобуровую, уста- сварочные работы цемент, порошок, КМЦ, недифференциновка вышки и оборудования, рованный остаток, окись марганца, окись продуктопровохрома, фториды дов и т.д.) бенз(а)пирен, фтористый водород Этап работ 174 Примечания Окончание табл. 8.1 Источники выделе- Вредные вещества, выбрасываемые Примечания ния вредных веществ в атмосферу в атмосферу II. Бурение, кре- Дизель-электростан- Оксид углерода, ок- При использовабурового пление ция, ДВС, транспорт сиды азота, углеводо- нии (ДВС), емкости роды, сажа (в пере- оборудования с ГСМ, емкости мазу- счете на С), диоксид электроприводом та, котельная (кот- серы, глинопорошок, перечень выбралы), материалы, цир- цемент, барит, КМЦ, сываемых в аткуляционная систе- бенз(а)пирен, серово- мосферу веществ ма, шламовый амбар дород, сажа (в пере- значительно уменьшится счете на V2O5) III. Испытание Сепаратор (факел), Оксид углерода, окскважины (сжи- дизель-электростан- сиды азота, углеводогание газа на ция, котельная (кот- роды (метан), сажа, факеле) лы), емкости ГСМ, бенз(а)пирен, диоксид склад материалов и серы, углеводороды реагентов, транспорт (в пересчете на С) IV. Демонтаж Транспорт, дизель- Оксид углерода, ок- Выделение сеустановки, кон- электростанция, га- сиды азота, углеводо- роводорода возсервация и лик- зорезательный аппа- роды (метан), углево- можно при конвидация сква- рат, емкости хране- дороды (диз. топ. и сервации и ликжины ния ГСМ, котельная, бензин), сажа (в пере- видации сквациркуляционная сис- счете на С), бенз(а)- жин в период тема, шламовый ам- пирен, диоксид серы, строительства бар, превенторный сероводород, цемент, амбар и т.д. пыль (барит) Этап работ Суммарной ПДК для нефтепродуктов в атмосферном воздухе населенных мест не существует, но существуют ПДК для большинства углеводородов нефтяного происхождения: нормальные и изопарафины, олефины, нафтены, высокотоксичные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, этилбензол и др.). ПДК углеводородов нефти в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий равна 10 мг/м3. Содержание нефтепродуктов в речных, озерных, морских, подземных водах и атмосферных осадках колеблется в довольно широких пределах и обычно составляет сотые и десятые доли миллиграмм на куб. дециметр (мг/дм3). В незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов может колебаться в морских водах от 0,01 до 0,10 мг/дм3 и выше, в речных и озерных водах от 0,01 до 175 0,20 мг/дм3, иногда достигая 1–1,5 мг/дм3. Содержание естественных углеводородов определяется трофическим статусом водоема и в значительной мере зависит от биологической ситуации в водоеме. Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях 0,001–10 мг/дм3, и присутствие их в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой. ПДКвр нефтепродуктов составляет 0,3 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – органолептический), ПДКвр – 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – рыбохозяйственный). Присутствие канцерогенных углеводородов в воде недопустимо. ПДК нефтепродуктов в почвах в большинстве стран (как и в России) не установлен, так как он зависит от сочетания многих факторов: типа, состава и свойства почв и грунтов, климатических условий, состава нефтепродуктов, типа растительности, типа землепользования. Эти нормы должны вырабатываться для конкретного района и для конкретного типа почв, на основе анализа множества данных о воздействии нефтепродуктов на различные компоненты экосистем и на здоровье человека. В среднем на фоновых территориях содержание нефтепродуктов составляет около 65 мг/кг почвы, но в зависимости от типа почв колеблется в пределах от 0 в песчаных подзолистых почвах («боровые пески») до 800 мг/кг в болотных торфяных почвах. Среднеквадратичное отклонение при этом равно 35. Используя стандартные статистические методы анализа геохимических данных, можно вывести «фоновые» нормативы, которые составляют Х ± 3d, где Х – среднее значение из выборки фоновых проб; d – среднеквадратичное отклонение. Таким образом, к «фону» необходимо относить те пробы, в которых величина нефтепродуктов не превышает 180–200 мг/кг. Классификация нефтезагрязненных грунтов по уровню воздействия в зависимости от содержания нефтепродуктов, мг/кг: до 100,0 – допустимый уровень; грунты экологической опасности не представляют; от 100,0 до 500,0 – повышенный уровень; нефтепродукты в таких количествах активно утилизируются микроорганизмами или вымываются атмосферными осадками; 176 от 500,0 до 1000,0 – умеренное загрязнение; от 1000,0 до 2000,0 – умеренно опасное загрязнение; от 2000,0 до 5000,0 – сильное загрязнение; свыше 5000,0 – очень высокий уровень загрязнения; требуется санация территории. Сигнальные уровни воздействия загрязняющих веществ (ЗВ) для почвы и для грунтовых вод представлены в табл. 8.2. Сигнальный уровень I – фоновый уровнь ЗВ принят как минимальное загрязнение почв и грунтовых вод. Сигнальный уровень II – повышенное загрязнение, в этом случае необходимы наблюдения за динамикой загрязнения, установление и устранение причины загрязнения. Сигнальный уровень III – высокое загрязнение: необходима срочная очистка почв и грунтовых вод. Таблица 8.2 Сигнальные уровни воздействия ЗВ для почвы и для грунтовых вод Сигнальные уровни для почвы, мг/кг для грунтовых вод, мкг/л I II III I II III ПАУ в целом 1,0 20,0 200,0 – 10,0 40,0 3,4-Бензпирен 0,1 1,0 10,0 0,005* 0,2 1,0 Нефтепродукты 50,0 1000,0 5000,0 50,0* 200,0 600,0 *Предел обнаружения. Загрязнитель Программа геолого-экологического картирования России рекомендовала следующие критерии нормирования нефтепродуктов в почвах: • допустимые уровни – до 50 мг/кг, • умеренно опасные и опасные – от 50–100 до 100–1000 мг/кг; • чрезвычайно опасные – выше 1000–5000 мг/кг. Факторы, имеющие значение для оценки экологической опасности: 1) для воды: объем, состав углеводородов, физико-химические свойства (вязкость, растворимость, плотность и др.), температура и сезон года; 2) для почвы: объем, состав и физико-химические свойства углеводородов, продолжительность, ландшафтно-геохимические особенности территории, тип почв и видовой состав растительности, время года, температура, количество осадков. 177 8.2. Общие рекомендации по организации экологического мониторинга при добыче нефти Нефтедобывающие предприятия в процессе обустройства месторождений должны осуществить следующие природоохранные мероприятия: • стандартный контроль за сбросами и выбросами ЗВ нефтепромысловых объектов; • организация системы контроля за концентрациями ЗВ в воздухе на промплощадках и в селитебной зоне; • расширение сети наблюдательных водопунктов и скважин на территории разрабатываемых нефтяных месторождений и организация систем контроля за состоянием пресных поверхностных и подземных вод; • контроль содержания ЗВ в почвах на территории промплощадок; • контроль за состоянием геологической среды (ГС); • контроль за состоянием фауны и флоры при эксплуатации нефтепромысла; • прогнозирование состояния окружающей природной среды (ОПС), включая ГС. Контроль за качеством состояния атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, растительности и недр в период строительства, консервации или ликвидации скважин должен осуществляться в соответствии с предусмотренной в проекте программой, содержащей выбор и расположение пунктов отбора проб, периодичность наблюдений, состав наблюдаемых ингредиентов и показателей. Необходимо предусмотреть проведение как плановых, так и внеочередных (при неблагоприятных метеорологических явлениях и аварийных ситуациях) замеров. Общая структура экологического мониторинга (ЭМ) нефтегазодобывающих предприятий может быть представлена на рис. 8.2. Для принятия эффективных решений по управлению нефтегазодобывающими предприятиями необходимо иметь полную и достоверную информацию: • по всем технологическим комплексам добычи, сбора, подготовки, транспортировки и переработки добываемых нефти и газа; • по ЭМ источников техногенного воздействия и компонентов ОПС в зоне влияния предприятий; 178 • по текущему состоянию используемого оборудования, инженерных коммуникаций и объектов строительства. Рис. 8.2. Общая структура организации ЭМ нефтегазодобывающего предприятия [4] Создание систем управления качеством ОПС в соответствии с действующим законодательством и стандартами серии ИСО 14000 должно базироваться, кроме перечисленных информационных потоков, на четком методическом подходе в цепочке «сбор информации – реализация управленческих решений». Один из таких подходов представлен на рис. 8.3. Наблюдательная сеть экологического мониторинга в процессе усиления техногенной нагрузки при необходимости может быть расширена или уплотнена в зависимости от конкретных обстоятельств. Ее корректировка проводится по согласованию с природоохранными и другими контролирующими органами. Она должна базироваться на материалах комплексного и всестороннего анализа данных, получаемых в процессе мониторинга и проведения геолого-экологических исследований и картографирования. 179 Рис. 8.3. Методический подход к выполнению геоэкологического мониторинга для обеспечения экологической безопасности газопромысловых объектов Локальная сеть мониторинга включает подсистемы наблюдений и первичной обработки данных, подсистему обобщения, научноинформационного анализа и передачи полученных данных субъекту природопользования и контролирующим региональным ведомствам, отвечающим за охрану природной среды. Она также включает в себя подсистему планирования природоохранной деятельности и обеспечения функционирования экологического мониторинга. Это соответствует концепции построения ЕГСЭМ. Мониторинг нефтяных загрязнений в море с помощью ГИСтехнологии. Для исследования пространственно-временного распределения нефтяных пятен в море как основное звено системы мониторинга нефтяных загрязнений могут рассматриваться географические информационные системы (ГИС). Для создания ГИС могут использоваться данные из разных источников, включая навигационные карты, географические базы данных, подспутниковые измерения, данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ); она должна включать в себя информацию как о береговой 180 линии, батиметрии, направлении течений, прибрежной гидрографии, так и о положении трубопроводов, нефтяных вышек, нефтеперегонных заводов, основных судоходных трасс, портов и терминалов (рис. 8.4). Рис. 8.4. Геоинформационный подход к проблеме мониторинга нефтяных загрязнений с использованием радиолокационных изображений [5] Система мониторинга, основанная на ГИС, состоит из четырех основных блоков: 1. Подсистемы дистанционного зондирования. В рамках этой системы производится сбор, обработка и анализ как радиолокационных изображений, так и других данных дистанционного зондирования, например, о температуре поверхности моря, цвете моря и облачном покрове, ветре, осадках, высоте волн и т.п. 2. Подсистемы сбора подспутниковых измерений. Эта подсистема несет ответственность за сбор подспутниковых измерений, данных и сопутствующей информации о морской среде (ветер, течения, состояние моря, и т.п.), о характеристиках нефти и параметрах нефтяных разливов. Собранные данные могут дальше использоваться как исходные в моделях дрейфа нефтяных пятен. 3. Системы интеграции данных. Основа системы ГИС, которая вместе с модулем классификации осуществляет интеграцию всех других данных и создание конечного продукта для пользователей карт распределения нефтяных загрязнений моря. 181 4. Подсистемы архивирования и хранения данных. В этой подсистеме осуществляется хранение и архивирование информации, необходимой для решения различных задач, таких как моделирование аварийных ситуаций и получение статистических сведений о нефтяном загрязнении. Системы мониторинга на основе интеграции данных в ГИС представлена на рис. 8.5. Рис. 8.5. Системы мониторинга на основе интеграции данных в ГИС [5] Регистрация нефтяной пленки на поверхности воды по показателям содержания органической взвеси и радиационной температуре воды представлена на рис. 8.6. Совпадающее в пространстве увеличение содержания органической взвеси и уменьшение радиационной температуры вод указывает на наличие нефтяной пленки на поверхности моря. Рис. 8.6. Регистрация нефтяной пленки на поверхности воды по показателям содержания органической взвеси (вверху) и радиационной температуре воды (внизу). Район Апшеронского полуострова, съемка 1999 г. [6] 182 8.3. Мониторинг загрязнения воздушной среды, объектов гидросферы, почвенно-растительного покрова Контроль за составом загрязняющих веществ в воздушной среде. Контроль за качеством и составом выбросов ЗВ в атмосферу производится путем определения величины выбросов вредных веществ в атмосферу от источников предприятия и сравнения их с нормативами. При превышении фактических концентраций вредных веществ относительно нормативов ПДВ должны быть выявлены и устранены причины, вызывающие увеличение разрешенного выброса. Количественный и качественный контроль ЗВ в атмосфере необходимо проводить переносными и стационарными газоанализаторами. Стационарные газоанализаторы устанавливают на буровых и технологических площадках ДНС. Важнейшим направлением атмосфероохранной деятельности предприятий отрасли является контроль источников загрязнения атмосферы (ИЗА) в целях получения объективной информации о выбросах ЗВ в воздух. Согласно ОНД-90 выбросы ИЗА, относящихся к I категории, контролируются 1 раз в 3 месяца, ко II категории – 1 раз в год, III категории – 1 раз в 3 года. Пример организации контроля соблюдения нормативов ПДВ на одном из месторождений Предуралья [4] представлен в табл. 8.3. Для оценки качества атмосферы и влияния выбросов на ОС необходим периодический контроль на границе СЗЗ. Обязательный контроль в пределах границ отвода месторождения должен проводиться за содержанием оксидов азота, диоксидов серы, оксидов углерода, предельных углеводородов, сажи (ИЗА I категории), а с учетом высоких содержаний серы в нефти – за сероводородом. К ИЗА II категории отнесены углеводороды. Для контроля за состоянием атмосферы в районе месторождения рекомендуется проводить отбор проб воздуха, кроме указанных мест в районе промплощадки (подфакельные наблюдения), в фоновой точке. Для определения показателей техногенной нагрузки выпадения твердых частиц (аэрозолей) рекомендуется проводить анализ проб снегового покрова в конце зимнего периода в указанных точках. Анализ проб выполняется по стандартным методам снегогеохимической съемки, преимущественно на содержание твердой фазы (сажи) и металлов атомно-эмиссионными методами, и позволяет оценить суммарные выпадения ЗВ (г/сут, г/мес, т/год). 183 184 Промплощадка Кусты скважин в границах отвода Дизельная установка БУ-75-БрД. Котлоагрегат ПКН-20. Склад ГСМ. Трактор ДНС Оксид углерода УВ Оксиды азота Диоксид серы Сажа УВ предельные УВ предельные С6–С10 УВ С6–С10 Сероводород Местопо- Наименование Контролируемое источника вещество ложение ПромЭстакада УВ С1–С5 Сероводород площадка налива нефти ПромДизельные Диоксид азота площадка установки Сажа Диоксид серы Оксид углерода ПромФакел Диоксид азота площадка сжигания Диоксид серы газа Оксид углерода УВ (метан) 1 раз в квартал 1 раз в квартал 1 раз в квартал 1 раз в квартал Периодичность контроля 1 раз в квартал 30,0 11,1 0,025 Газохроматографические методы То же Газоанализаторы кулонометрические Норматив ПДВ, Методика проведения контроля, г/с оборудование 1,445 Газоанализаторы лазерного типа 323 ЛА-01. Газоанализатор плазменноионизационный 623 ИН-02 0,479 Газоанализатор кулонометрический «Атмосфера-1», газоанализатор 0,049 667ФФ01 флуоресцентный, передвиж0,034 ная установка «Атмосфера-2» 0,341 0,666 Лазерный анализатор запыленности ЛАЗА-1, газоанализатор «Палладий 1,546 4,443 2М», передвижная установка «Атмо 0,111 сфера-2». Газоанализатор хемилюминесцентный 64хл01 или ЛГА Газоанализаторы типа ЛГА, 323 ЛАО, лазерный анализатор запыленности 1,059 ЛАЗА-1 0,147 1,107 0,369 0,172 0,028 План-график контроля загрязнения атмосферы на территории месторождения Таблица 8.3 185 Местопо- Наименование Контролируемое источника вещество ложение МестоКонтрольная Диоксид азота рождеточка Диоксид серы ние на границе Оксид углерода СЗЗ с учетом Метан направления УВ предельные ветра Бензол Толуол Ксилол Фенол Сажа Сероводород Периодичность контроля 1 раз в квартал Окончание табл. 8.3 Норматив ПДВ, Методика проведения контроля, г/с оборудование <0,8 ПДК Газоанализаторы типа ЛГА, 323 ЛАО, лазерный анализатор запыленности ЛАЗА-1 Газоанализаторы типа ЛГА, 323 ЛАО Газохроматографические методы То же –»– –»– –»– Лазерный анализатор ЛАЗА-1 Газоанализаторы кулонометрические Рекомендации по организации мониторинга за качеством поверхностных вод. В процессе освоения месторождения загрязнению подвержен в первую очередь сток, формирующийся на поверхности водосбора, включая почвенные воды. Источниками загрязнения здесь могут быть: • нефтедобывающие скважины и прискважинные площадки как очаги постоянного загрязнения; • промысловые трубопроводные коммуникации с дожимной насосной станции (ДНС) с высокой вероятностью линейно-очагового загрязнения при авариях; • установки сбора и подготовки нефти с резервуарами для хранения, отстойниками, шламонакопителями; • сооружения для поддержания пластового давления – нагнетательные скважины, водоводы блочной кустовой насосной станции, водоподготовительные установки, парогенераторные и водогрейные устройства, установки для приготовления буровых и технологических растворов, содержащие кислоты, щелочи, ПАВ, полиакриламид и др.; • поглощающие скважины с высокими устьевыми давлениями и компрессорами для закачки пластовых (сточных) вод; • прочие (автодороги, свалки, производственный и бытовой мусор, бытовые стоки, рассеянное загрязнение из атмосферы и др.). Учитывая такое разнообразие источников загрязнения и длительный срок производственной деятельности предприятия, комплекс наблюдений за состоянием поверхностной гидросферы, необходимо существенно расширить и привести в соответствие с требованиями Общегосударственной службы наблюдения и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК) и Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Основные задачи наблюдений за качеством поверхностных вод в системе ОГСНК формулируются следующим образом: • систематическое получение как отдельных, так и осредненных во времени и пространстве данных о качестве воды; • обеспечение систематической информацией и прогнозами изменения гидрохимического режима и качества воды водоемов и водотоков наряду с экстренной информацией о резких изменениях загрязненности воды. При наблюдении за качеством поверхностных вод соблюдаются следующие принципы: комплексность и систематичность наблюдений, согласованность сроков их проведения с характерными гидрологиче186 скими ситуациями, определение показателей качества воды едиными методами. Для выполнения этих задач разрабатываются программы контроля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям) и устанавливается периодичность проведения контроля, анализ проб воды выполняется по единым или обеспечивающим требуемую точность методикам. Сеть гидрохимических наблюдений должна охватывать: в пространстве: • по возможности все водные объекты, расположенные на территории изучаемого бассейна; • всю длину водотока с определением влияния наиболее крупных его притоков и сброса сточных вод в него; • всю акваторию водоемов с определением влияния на него наиболее крупных притоков и сброса в него сточных вод; во времени: • все фазы гидрологического режима (весеннее половодье, летнюю межень, летние и осенние дождевые паводки, ледостав, зимнюю межень); • различные по водности годы (многоводные, средние и маловодные); • суточные изменения химического состава воды; • аварийные сбросы сточных вод в водные объекты. Пункты наблюдений организуют в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое народно-хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках или их участках создают пункты для фоновых наблюдений. В пунктах наблюдений организуют один или несколько створов с учетом гидрометеорологических особенностей водного объекта, расположения источников загрязнения, количества, состава и свойств сбрасываемых сточных вод, интересов водопользователей и водопотребителей. По одному створу устанавливают на водотоках при отсутствии организованного сброса сточных вод в устьях загрязненных притоков, на незагрязненных участках водотоков, на предплотинных участках рек. В соответствии с этим требованием необходима организация створов на реках выше границы отвода месторождения и ниже по течению границы отвода месторождения (опорный речной пост). 187 Верхний фоновый створ устанавливают в 0,5–1 км выше границы отвода источника загрязнения. Выбор створов ниже источника (или группы источников) загрязнения осуществляют с учетом комплекса условий, влияющих на характер распространения загрязняющих веществ в водотоке. Необходимо, чтобы нижний створ характеризовал состав воды в целом по сечению, т.е. был расположен в месте достаточно полного (не менее 80 %) смешения сточных вод с водой водотока. Для наблюдений по водоему (болотному массиву) устанавливают не менее 3 створов, по возможности равномерно распределенных по акватории. При контроле на отдельных загрязненных участках водоемов створы устанавливают с учетом условий водообмена водоемов. Количество вертикалей в створе на водоеме (болоте) определяется шириной зоны загрязненности. Кроме того, в таких точках рекомендуется проводить комплекс гидробиологических наблюдений. В качестве фоновой точки наблюдений за водами болотных масс выбирают точку, расположенную вне контура месторождения. Ее целесообразно расположить с наветренной стороны, выше по направлениям потока поверхностных вод. Количество вертикалей в створах на водотоке определяется условиями смешения речных вод со сточными водами или водами притоков. С учетом малых значений расходов воды маловероятно ожидать выраженную неоднородность химического состава. Поэтому в соответствии с наставлениями по производству гидрометрических работ на малых реках в створе устанавливается одна вертикаль (на стержне реки). Количество горизонтов на вертикали определяется глубиной водоема или водотока в месте измерения. При глубине до 5 м устанавливается один горизонт (у поверхности – в 0,2–0,3 м от поверхности воды летом и у нижней поверхности льда зимой). Программы наблюдений за качеством воды. Все пункты наблюдений за качеством воды водоемов и водотоков делят на 4 категории, определяемые частотой и детальностью программ наблюдений. Пункты 4-й категории устанавливают на незагрязненных участках водоемов и водотоков. Наблюдения за качеством воды ведут по определенным программам, которые зависят от категории пункта контроля. Периодичность проведения контроля по гидробиологическим и гидрохимическим показателям устанавливают в соответствии с категорией пункта наблюдений. Обязательной программой наблюдений за качеством поверхностных вод по гидрохимическим и гидрологическим показателям предусмотрено определение параметров, приведенных в табл. 8.4. 188 Таблица 8.4 Параметры, определение которых предусмотрено обязательной программой наблюдений Параметр Расход воды (на водотоках) Скорость течения воды (на водотоках) Уровень воды (на водоемах) Визуальные наблюдения Температура Цветность Прозрачность Запах Кислород Диоксид углерода Взвешенные вещества Водородный показатель (рН) Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) Хлориды (Сl--) Сульфаты (SO42-- ) Гидрокарбонаты (НСO3--) Кальций (Ca2+) Магний (Mg2+) Натрий (Na+) Калий (К+) Сумма ионов (Sи) Аммонийный азот (NH4+) Нитритный азот (NО2--) Нитратный азот (NО3--) Минеральный фосфор (РО43--) Железо общее Кремний БПК5, ХПК Нефтепродукты СПАВ Фенолы (летучие) Пестициды Тяжелые металлы Метод измерения Единица измерения согласно ГОСТ м3/с Гидрометрические измерения м/с То же м То же °С град см баллы мг/дм3 -»-»MB Термометры Ф Ф Органолептика Т Фильтры, нифилометры П П мг/дм3 Т, П -»Гравиметрия, Тур -»Т -»Т -»Т -»ПФ -»ПФ, П -»Гравиметрия -»Ф, СФ -»Ф -»Ф -»Ф -»Ф, ААС -»Ф мг О2/дм3 Т мг/дм3 ИК-фотометрия -»Ф -»Ф, ГХ -»ГХ -»Ф, БААС, Т, АЭмС, СФ, П, ИВА, ААС, НАА Примечание. ААС – атомная абсорбционная спектроскопия; АЭмС – атомно-эмиссионная спектроскопия; БААС – беспламенная ААС; ГХ – газовая хроматография; ИВА – инверсионная вольтамперометрия; НАА – нейтронно-активационный анализ; ПФ – плазменная фотометрия; П – потенциометрия; СФ – спектрофотометрия; Т – титрометрия; Тур – турбидиметрический анализ; Ф – фотометрия. 189 Рекомендации по организации мониторинга за качеством подземных вод. Работы по организации мониторинга за качеством подземных вод, как правило, входят в состав государственного мониторинга геологической среды (ГМГС) и методически связаны с исследованием ее состояния. Специфика мониторинга ГС в районах разработки месторождений заключается в том, что в пределах разных участков и зон продуктивных пород-коллекторов имеет место неравномерная степень отработки пластов заводнением по нефтяным площадям, что приводит к различным срокам их разработки. Для проведения доразработки участков с разной степенью извлечения флюидов требуются неодинаковые объемы закачки и отбора пресных и пластовых вод. Это создает разные по силе техногенные нагрузки на эксплуатируемый пласт, а также на вышележащую часть геологического разреза. Таким образом, главным фактором снижения степени техногенной нагрузки по конкретному участку нефтяной залежи является снижение объемов закачки (отбора) технологической жидкости без ущерба для добычи нефти. Чаще всего такая задача решается оптимизацией энергетических режимов по отдельным технологическим блокам или выделенным объектам эксплуатации (зонам пласта) с учетом состояния ОПС. С позиций гидрогеодинамики нефтяные залежи как эксплуатационный объект входят в зоны затрудненного водообмена. Однако их эксплуатация оказывает влияние на зону активного водообмена, что при организации системы мониторинга предопределяет привлечение данных по всему разрезу осадочной толщи пород с целью выяснения масштабов загрязнения водоносных горизонтов. Обнаружение таких источников загрязнения возможно лишь на основании комплексного анализа показателей, характеризующих динамику пластовых давлений, химического состава вод, технологических факторов (карт объема отбора флюидов и закачки жидкости и др.). На основании такого анализа можно отобрать совокупности геологических и технологических параметров и рассчитать степень техногенной нагрузки на ГС. Наиболее эффективно такие оценки проводятся на основе постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений, которые имеют единую методическую основу сбора, подготовки и интерпретации фактического материала. 190 Объектами мониторинга являются подземные воды, экзогенные и эндогенные процессы, геофизические поля, месторождения полезных ископаемых и др. При добыче нефти подземные воды являются наиболее уязвимыми элементами ГС, они в первую очередь реагируют на антропогенное воздействие. Размещение наблюдательных водопунктов, включаемых в сеть импактного мониторинга на нефтепромыслах, осуществляется с учетом следующих основных факторов: • местоположение границ горного отвода; • местоположение и параметры источников нефтепромыслового загрязнения природных объектов; • местоположение участков с повышенной плотностью техногенной нагрузки на земную поверхность и недра; • естественная защищенность подземных вод зоны активного водообмена от поверхностного и приповерхностного (трубопроводы) загрязнения; • строение, фильтрационные свойства и граничные условия горизонта, содержащего грунтовые и напорные воды; • величина модуля и основные направления подземного стока в зоне активного водообмена, распределение и направление поверхностного стока; • скорость перемещения фронта загрязненных подземных вод; • местоположение хозяйственно-питьевых водозаборов и пути возможного поступления к ним загрязненных и некондиционных природных вод; • расположение границ санитарно-защитных зон населенных пунктов и водоохранных зон; • размеры зоны подпора и обратного уклона подземных вод на заболоченных участках. Кроме этого при расположении пунктов наблюдательной сети импактного мониторинга учитываются характер геологической структуры, состав пород и современное состояние ГС, гидрогеологические и гидрологические условия, состав и свойства добываемых и технологических жидкостей и газа, формы природопользования на территории конкретных нефтепромыслов. Водопункты, включаемые в наблюдательную сеть гидрогеохимического мониторинга гидросферы, в зависимости от функционального 191 назначения и масштабов информационного охвата подразделяют на четыре класса (категории): опорные, фоновые, основные и контрольные. Опорные наблюдательные водопункты размещаются на таких участках нефтепромыслов, где химический состав природных вод в интегральной форме отражает общее нефтепромысловое загрязнение приповерхностной гидросферы на всей территории горного отвода или в большей ее части. Как правило, их совмещают с пунктами мониторинга за поверхностными водами либо дополняют данные наблюдений специальной программой по гидрологическим створам. На опорных наблюдательных водопунктах производится оценка подземного химического стока с количественным выделением мобилизованного объема различных нефтепромысловых загрязнителей гидросферы. К ним относятся растворенная нефть и нефтепродукты, ионы хлора, кальция и магния (общая жесткость), суммарное содержание тяжелых металлов и др. При температуре воздуха ниже +5 °С из поверхностных водотоков с малыми бассейнами (до 150–200 км2) отбираются пробы водорастворенного газа для определения в нем содержания углеводородных компонентов и сероводорода. Наряду с пробами воды на полный химический анализ для определения газового состава суммы тяжелых металлов из опорных водопунктов в стерильную посуду отбирают пробы для определения наличия и содержания углеродокисляющих и сульфатредуцирующих микроорганизмов. Из поверхностных водотоков микробиологические пробы отбирают только в период зимней межени. На опорных наблюдательных водопунктах отбор проб воды для проведения перечисленных видов анализов производится 4 раза в год с учетом характерных гидрологических периодов (сезонов): в летнюю межень (август-сентябрь), в начальный период «независимого» режима после промерзания почвы и прекращения инфильтрации атмосферных осадков (ноябрь), в зимнюю межень (март) и в период весеннего половодья (май). Опорные наблюдательные водопункты могут быть рекомендованы для включения в Единую территориальную систему экологического мониторинга. Определение объемов стока загрязняющих веществ (нефтепродукты, хлор и др.) нефтепромыслов на опорных наблюдательных водопунктах производится только в тех случаях, когда их содержание значительно – на 10–15 % – превышает аналогичные фоновые показатели. 192 Фоновые наблюдательные водопункты располагают за пределами горного отвода, в зоне пассивного воздействия нефтепромысловых объектов на ОПС. Они характеризуют объем и санитарноэкологическое состояние природных вод, поступающих на территорию нефтепромысла. На фоновых водопунктах отбирают пробы воды для определения общего химического состава и содержания нефтепродуктов. В отличие от опорных водопунктов отбор проб воды, определение объемов подземного химического стока на фоновых водопунктах производится 2 раза в год – в меженные периоды (август-сентябрь и март). Основные наблюдательные водопункты располагаются в зоне импактного мониторинга в пределах горного отвода нефтепромысла. Они приурочены к участкам с наибольшей техногенной нефтепромысловой нагрузкой на земную поверхность и недра. Пробы воды, отобранные на основных наблюдательных водопунктах, должны всесторонне и полно характеризовать санитарно-экологическое состояние производственных участков и резервуарного парка, кустов с большим количеством глубоких скважин, а также территории формирования глубинных пьезомаксимумов, где текущее пластовое давление в разрабатываемых продуктивных пластах значительно (на 15–20 % и более) превысило величину начального пластового давления. Под контролем основных наблюдательных водопунктов должны находиться участки с повышенной плотностью эксплуатационных скважин, достигших срока полной амортизации (15 лет и более). Отбирают пробы на полный химический анализ воды, на определение содержания нефтепродуктов, углеродокисляющих и сульфатредуцирующих микроорганизмов. На участках с дефектными колоннами эксплуатационных скважин отбирают пробы для определения газонасыщенности воды и содержания основных компонентов водорастворенного газа, включая сероводород. По предписанию контролирующих органов на загрязненных участках комплексное опробование можно осуществлять 3 или 4 раза в год в зависимости от сроков проведения и оценки эффективности реабилитационных экологических мероприятий. Контрольные наблюдательные водопункты опробуются эпизодически, как правило, в период летней межени. Они могут быть использованы для выявления источников загрязнения гидросферы при скрытых порывах трубопроводов, при оконтуривании площади поверхностного 193 загрязнения и в других аварийных ситуациях. На контрольных водопунктах отбирают пробы воды для определения содержания нефтепродуктов, ионов хлора, а также общей жесткости воды. Интенсивность загрязнения подземных вод в первом приближении можно выразить с помощью коэффициента Сотн. Он рассчитывается как отношение абсолютного содержания компонента к его ПДК. С учетом значения этого коэффициента – допредельное (Сотн < 1) и сверхпредельное (Сотн > 1) – выделяют две стадии загрязнения. Первая стадия: концентрации выше фоновых, но не превышающие ПДК свидетельствуют о начальном этапе загрязнения. Вторая стадия характеризует устойчивое загрязнение, а при Сотн > 100 экстремальная интенсивность свидетельствует о чрезвычайно опасной экологической обстановке. Фактические данные на объектах нефтяного загрязнения при Сотн = 0 соотносятся с площадью загрязнения участков подземных вод 0,02–0,05 км2, при Сотн > 10 площадь таких участков достигает 1 км2 и более. В табл. 8.5 приведены нормативы концентраций нефтепродуктов, необходимые для проведения оперативного контроля поверхностных и подземных вод в районах нефтедобычи. Таблица 8.5 Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в природных водах [4] ПДК, мг/дм3 хозяйственно- рыбохозяйстпитьевые венные водоемы объекты Нефть и нефтепродукты Органолептический 0,3 0,05 Нефть высокосернистая -»0,1 – Этилен -»0,5 – Мазут -»0,3 – Бензин топливный в -»0,1 – расчете на углерод Керосин в расчете на -»0,1 – углерод Нафтеновые кислоты 0,3 – Бензол Токсикологический 0,5 0,5 Масло соляровое -»– 0,01 Наименование загрязнителя 194 Лимитирующий показатель вредности Отбор, необходимую консервацию, хранение и транспортировку проб воды производят в соответствии с требованиями ГОСТ 24481–80. Отбор проб производят в стеклянную химически чистую посуду, которую (за исключением пробы на РОВ) ополаскивают исследуемой водой 2–3 раза. Методы анализа химического состава подземных вод применяют аналогично определению компонентов в поверхностных водах. Мониторинг почвенного покрова. Усиление государственного контроля за использованием и охраной земель приводит к ужесточению требований к почвенно-экологическим обследованиям территорий, подверженных воздействию НГК. В связи с этим основными задачами почвенного обследования (мониторинга) являются: • выявление загрязненных почв и определение причин загрязнения и (или) механического нарушения; • оценка экологических последствий загрязнения почвы; • реабилитация и контроль за восстановлением нарушенных почв. Конечная цель обследования – разработка экологических требований к охране почв (включая предложения по изоляции и рекультивации нарушенных земель). Схема почвенно-экологического мониторинга представлена на рис. 8.7. В соответствии с концепцией государственного мониторинга ОС мониторинг почв проводится в комплексе с другими видами мониторинга. В то же время он включает в себя наблюдения: • за основными параметрами ландшафта, в частности за формами рельефа, вызванными антропогенными изменениями; • составляющими водного баланса территории и их химическим составом; • процессами опустынивания, переувлажнения, зарастания, осушения; • состоянием земельного фонда, растительности, микробионтов; • биогеохимическим круговоротом веществ в системе почва– растительность. Контролируемые показатели почвенного мониторинга представлены в табл. 8.6. Однако перечень показателей должен быть оптимальным и обеспечен реальными наблюдениями. Кроме табличных он может быть расширен с учетом специфики деятельности предприятий и видов почв. В практике наблюдений сложились определенные нормы показателей на различных этапах техногенной нагрузки. 195 Рис. 8.7. Схема почвенно-экологического мониторинга К показателям ранней диагностики относят биологическую активность почв, численный и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных, ферментативную активность почв, интенсивность выделения СО, характеристики ионно-солевого и кислотно-солевого режимов. Они определяются несколько раз за сезон и позволяют выявить начальные стадии деградации почв. 196 Таблица 8.6 Контролируемые показатели почвенного мониторинга Оцениваемые Дополнительные Основные показатели показатели показатели Степень за- Общее содержание загрязняюгрязнения щих веществ в почве, мг/кг. Коэффициент накопления ФизикорН, Eh. Титруемая щелочность, мгхимические Гидролитическая кислотность, экв./100 г. мг-экв./100 г Содержание карбонатов (бикарбонатов). Содержание окисленных и восстановленных форм элементов с переменной валентностью Общие Сумма поглощенных основа- Емкость катионного обмена, мг-экв./100 г. показатели ний, мг-экв./100 г. Микроагрегатный и грануло- Степень засоления, %. Сухой остаток, % метрический составы Миграционные Содержание экстрагируемых Степень эродированности, %. форм химических элементов, Подвижность органоминемг/л. Транслокация в растени- ральных компонентов, мг/л ях. Испарение. Миграция по профилю Буферные Устойчивость гумуса. Обобщенный показатель реУстойчивость почвенного акции почв на загрязнение поглощающего комплекса. Устойчивость кислотно-основных свойств. Устойчивость ферментативной активности Агрохимиче- Общее содержание гумуса, %. Групповой состав гумуса. Общее содержание азота, фос- Содержание водорастворимых ские органических веществ, мг/100 г. фора, калия, % Содержание подвижных форм азота, фосфора, калия, мг/кг Токсичные Активность дегидрогеназ, Общая каталитическая активмкл Н2/г-сут. ность (разложение перекиси). Дыхание почвы (по выделению Активность ферментов в цикСО или поглощению О2), %. лах углерода, азота и фосфоФитотоксичность (по измене- ра. Влажность завядания, %. нию энергии прорастания), % Содержание токсичных форм элементов 197 Для текущего контроля и среднесрочной диагностики от 1 раза в сезон до 1 раза в 2–5 лет применяют следующие показатели: катионообменные свойства почв, содержание доступных для растений элементов, мощность и запасы подстилки, состав гумуса. Для долгосрочной диагностики такие показатели, как валовой состав почв (включая тяжелые металлы), минеральный состав, содержание и запасы гумуса, показатели структуры и физических свойств почв, определяются 1 раз за 5–10 лет и больше. Поскольку набор контролируемых показателей состояния почв и методов их контроля достаточно велик и не всегда оправдан, остановимся на методических особенностях организации почвенного мониторинга на нефтепромыслах. Контроль загрязнения почвы. Согласно действующим ГОСТам при контроле загрязнения почвы в качестве основных показателей выступают: • содержание химических веществ в почве; • содержание ЗВ в смежных природных средах; • показатели санитарного состояния почвы (бактериологические, гельминтологические, энтомологические). В качестве дополнительных показателей состояния почв могут использоваться показатели биотестирования. Согласно другому стандарту обязательным при контроле почвы санитарно-защитной зоны предприятия независимо от его профиля является определение рН почвы и содержания в ней канцерогенных и радиоактивных веществ, а из санитарно-бактериологических показателей – определение бактерий группы кишечной палочки и титра Clostridium perfringers. Ряд загрязняющих почву химических веществ подлежит определению только при наличии известного источника загрязнения – это аммонийный и нитратный азот, хлориды, пестициды, тяжелые металлы в валовых и подвижных формах, нефть и нефтепродукты, летучие фенолы, сернистые соединения, детергенты, мышьяк, цианиды, полихлоридные бифенилы. Для контроля загрязнения почв на нефтепромыслах в качестве диагностических показателей чаще всего используются: • морфологическое строение почвенного профиля; • содержание нефтепродуктов в почве и грунтовых водах; • ферментативная активность почвы; • содержание в почве сопутствующих загрязнителей: минеральных солей, тяжелых металлов, канцерогенных веществ. 198 Эти показатели были закреплены во Временных методических рекомендациях Госкомгидромета (М., 1984) и в руководящем документе Миннефтегазпрома – РД 39-0147098-015–90 «Инструкция по контролю за состоянием почв на объектах Миннефтегазпрома» (М., 1989). В настоящее время это наиболее полные инструкции по контролю загрязнения почвы нефтепродуктами. Инструкция Миннефтегазпрома предполагает также контроль загрязнения, возникшего в результате аварийных ситуаций. Для контроля аварийного загрязнения почвы специально устанавливают режимные пункты наблюдения. Контроль загрязнения почв санитарно-защитной зоны любого предприятия должен проводиться на основе данных о предельно допустимых выбросах и сбросах. По требованию действующих нормативных документов в СЗЗ предприятия почва должна быть проверена на содержание канцерогенных веществ. Присутствие этих веществ обычно определяют по содержанию бенз(а)пирена. Согласно Инструкции по организации и осуществлению государственного контроля за использованием и охраной земель органами Минприроды России (М., 1994), наличие в почве токсичных веществ может быть установлено косвенным путем – по их влиянию на биологические объекты. Перечень видов контроля загрязнения почв и предлагаемых характеристик в ГОСТах, в отечественной и зарубежной литературе к постоянным характеристикам относит такой показатель, как присутствие ЗВ в сопредельных средах. Таким образом, вводится функция почвы как депонирующей среды в экосистеме. Показателем этих процессов является так называемая проточность. Проточность геосистемы – это механизм выноса чужеродных веществ в ходе нормального функционирования. Чем большей проточностью обладает почва, тем более вероятно распространение загрязнений в ландшафте. Подвижность ЗВ в почве зависит от ее свойств и свойств отдельных горизонтов, а также от расположения почвы в ландшафте. Поэтому контроль за загрязнением почвы не может осуществляться отдельно от общего почвенно-экологического контроля, предполагающего определение различных свойств почвы, через которые реализуется ее устойчивость. Экологический контроль состояния почвы. Экологический подход к оценке состояния почв направлен на выявление изменений в почвенно-биологических процессах под техногенным воздействием, что и определяет набор показателей почвенно-экологического контроля. 199 С определенной степенью условности все показатели можно разделять на характеризующие состояние почвы в момент контроля (фактологические) и отражающие биопродуктивность, скорость и направленность почвообразовательного процесса (прогностические). Фактологические показатели свойства почвы: рН, окислительновосстановительный потенциал, содержание органического вещества, легкорастворимых солей, обменного натрия, дыхание почвы и ее фитотоксичность. К прогностическим показателям относят скорость уменьшения содержания гумуса, трансформации органического вещества, загрязнения почвы. Помимо таких – комплексных – систем показателей состояния почвы в литературе предложены показатели, применимые только для региональных почв. Например, мощность и запасы подстилки – важное свойство лесных почв, а наличие льда в почвенной толще – показатель состояния почв мерзлотных регионов. Почва, рекультивированная на месте амбара, представляет собой механически нарушенный профиль, в основном сохранивший природное чередование горизонтов, но с измененным гумусово-аккумулятивным горизонтом, «разбавленным» техногенным материалом. При этом сохраняются основные почвообразовательные процессы, дополненные новыми процессами, связанными с ассимиляцией чужеродного материала. То же можно сказать и о почвах, нарушенных при прокладке выкидных линий. При контроле развития и восстановления почв буровых площадок и отвалов хорошо разработаны такие методы биотестирования, как микробиологические и альгологические тесты. В частности, неоднократно апробированы и широко применяются данные о численности микроорганизмов, физиологической активности их доминирующих ассоциаций, об активности разложения целлюлозы и белка (целлюлазная и протеолитическая активность), накоплении аминокислот и витаминов на ткани. С развитием восстановительного процесса почв список показателей дополняется качественным составом гумуса, соотношением его фракций, общими запасами валового углерода, распределением гумуса по профилю почвы и др. При нефтяном загрязнении в качестве биотеста самоочищения почв рекомендуется кроме такого показателя, как активность дегидрогенеза, использовать активность гидролитических ферментов (фосфатазы и уреазы). 200 Общий контроль состояния почвы в полевых условиях может быть осуществлен с помощью потенциометрического метода. Кислотность и Eh (окислительно-восстановительный потенциал) почвы – ключевые почвенные характеристики, определяющие протекание различных процессов, а также доступность для растений различных питательных элементов. К экспресс-методам, применимым для анализа почвы в районе нефтедобычи, согласно РД 39-0147098-015–90 относится диагностика нефтяных загрязнений с помощью фильтровальной бумаги. При низкой степени загрязнения нефтепродуктами этот анализ практически неприменим. В полевых условиях выполняют морфологическое описание и измерение горизонтов техногенно-измененной почвы, а также определяют уровень стояния грунтовых вод. Все другие методы, применяющиеся для контроля экологического состояния почвы, требуют лабораторного оборудования. Самые простые из них – весовые методы, которые исходя из требований РД 39-0147098-015–90 используют при определении плотности почвы и фитомассы растений (как показателя биопродуктивности). Они предполагают высушивание почвенного или растительного материала в сушильном шкафу и, следовательно, не могут быть реализованы вне лаборатории. Эти методы вполне доступны отраслевым лабораториям на объектах добычи нефти. Методика определения фитотоксичности имеет различные модификации, и, как правило, определение уровня химического загрязнения почвы проводится на основании различий состояния растений в контрольной (рост в отсутствие токсикантов) и в испытуемой почвах. Реальный показатель фитотоксичности определяется по сравнению с опытом на тестируемой среде с контрольного (незагрязненного) участка. Особо следует акцентировать внимание на приготовлении вытяжек для определения содержания в почве нефтепродуктов, поскольку при оценке загрязнения именно характер пробоподготовки дает весьма существенные различия. Нефть и нефтепродукты могут быть извлечены из почвы различными растворителями: петролейным эфиром, гексаном, бензолом, спиртобензолом, хлороформом, хлористым метиленом, четыреххлористым углеродом и др. Практически все используемые реактивы частично растворяют природные органические вещества почвы и могут извлекать некоторые неорганические соединения. В то же вре- 201 мя не всегда происходит полная экстракция всех компонентов нефти. Предпочтительным является гексан, который растворяет углеводородную часть нефтепродуктов и низкомолекулярные смолистые соединения. Использование кипящего гексана позволяет достичь наиболее полного извлечения нефтепродуктов. К обязательным пунктам наблюдения следует отнести площадки буровых скважин, емкости для хранения ГСМ, площадки дизельной установки, амбары буровых скважин, места приготовления реагентных растворов, блочные насосные станции, нагнетательно-эксплуатационные и поглощающие скважины, ДНС, выкидные и транспортные линии, нефте- и продуктопроводы. Схемы отбора проб вблизи большинства названных источников загрязнения устанавливают в зависимости от их расположения в рельефе, геохимической, гидрологической обстановки, поскольку загрязнители поступают в почву в жидком виде. Точки отбора проб объединяют в систему профилей, располагающихся в направлении движения поверхностного стока от места разлива до места промежуточной или окончательной аккумуляции. При отсутствии ярко выраженных точечных источников загрязнения и при площадном источнике лучше использовать отбор проб по сетке. При контроле физических свойств почвы или их биологической активности, а также биопродуктивности почв отбор проб проводится на ключевых участках (размер их различается в зависимости от контролируемого параметра). Наблюдения за нефтепромысловым загрязнением почв в начальный период мониторинга производят в основном на территориях, прилегающих к факельным площадкам. Отбор проб почвы производится по 5 лучам, расположение которых учитывает направление и вероятность преобладающих ветров. Так, например, с учетом розы ветров для одного из месторождений расстояния между факелом и точками опробования были следующими: северо-восточный луч (азимут 45°) – 25, 250 м; юго-западный луч (азимут 225°) – 25, 100, 250, 500 м; восточный луч (азимут 90°) – 25, 100 м; северный луч (азимут 0°) – 25, 100 м; южный луч (азимут 180°) – 25, 100, 250, 500, 1000 м. Такое распределение 15 мест опробования почв даст возможность оценить площадь рассеяния и концентрацию твердых продуктов сгорания попутных газов вокруг факелов. На удалении 100 м обычно фиксируют максимальную концентрацию вредных компонентов. 202 К определяемым в почвах компонентам относятся нефтепродукты, бенз(а)пирен, полициклическая ароматика (ПАУ), а также тяжелые металлы Hg, V, Mo, W, Ni, Zn, Pb, Sn, Cd, Сr и др. При оценке деградации земель в качестве инструмента мониторинга предусматривается на подготовительном этапе работ составлять карты техногенных нагрузок с нанесением источников техногенного воздействия, границ земельных угодий, лесополос, гидрографической сети, почвенных контуров, границ водосборных бассейнов в масштабе 1:10000 –1:100000. На этих картах дается примерная оценка интенсивности загрязнения почв, определяются участки территории с повышенными требованиями и стратегия пробоотбора. Рекомендуется картографическое обеспечение на уровне землепользования в масштабе 1:2000 – 1:10000. В первую очередь это почвенные карты с нанесением всех границ поверхностных водных объектов, дорожной сети и источников воздействия нарушенных и ненарушенных почв. К нарушениям относят все земли со снятым или перекрытым гумусовым горизонтом и не пригодные к использованию без предварительного восстановления плодородия. Степень деградации почв определяется по специальной методике. Пробоотбор и картографирование загрязнения и деградации почв проводят в зависимости от источника воздействия. Для точечных источников фиксация деградации и пробоотбор при воздушном поступлении рекомендуются по 4–8 направлениям (румбам) через 0,5; 1; 2; 4; 8; 16 км. Для линейных источников точки размещаются вдоль источника по линиям на расстоянии от него 0,1; 0,2; 0,5 км. При нефтяном загрязнении организация наблюдений производится в зависимости от сложности рельефа, геохимической и гидрологической обстановки. Точки пробоотбора объединяют в систему профилей, в направлении движения поверхностного стока от мест разлива до мест промежуточной или конечной аккумуляции. Минимальное количество профилей – 3. Одновременно закладывается серия разведочных скважин, которые также располагаются на профилях по потоку подземных вод и должны пересекать интенсивный участок загрязнения. Глубина отбора индивидуальных и смешанных (не менее чем из 15 индивидуальных образцов) проб рекомендуется для пашни 0–20 см, для сенокоса –0–15, для леса (без подстилки) – 0–10 см; при аварийном загрязнении нефтепродуктами – до глубины нижнего фронта движения нефтяного потока в почве. 203 В соответствии с приведенными выше рекомендациями предлагается в границах отвода ежегодно отбирать пробы на буровых площадках в количестве 20 шт. по 4 основным румбам через 0,5; 1; 2; 4; 8 км, на линейных сооружениях и внутрипромысловых продуктопроводах – на расстоянии 0,1; 0,2 и 0,5 км по профилям. Для детальной характеристики загрязненных почв территория разделяется на элементарные участки, каждый из которых характеризуется объединенной почвенной пробой. Такой подход принят в соответствии с ГОСТ 28168–89, где после рекогносцировочного обследования территории регламентируется ее разбивка на элементарные участки, по возможности прямоугольной формы, размер которых изменяется в зависимости от экономического района, эрозионных процессов и характера землепользования. Затем отбирают 20–40 точечных проб через равные интервалы для составления объединенной пробы. Площади таких участков устанавливаются от 0,5 до 5 га в зависимости от категории сложности территории. В целом способы отбора почвенных проб должны отвечать существующим стандартам. В экстремальном случае (например, при аварийных разливах нефти) степень и размеры загрязнения почв предлагается оценивать визуально по состоянию угнетенной растительности. Ряд методических документов конкретизирует особенности отбора точечных проб в случае контроля загрязнения нефтью, нефтепродуктами, тяжелыми металлами, легкомигрирующими веществами. Объединенная проба составляется не менее чем из 5 точечных проб, отобранных на площадке не менее 10×10 м на каждые 0,5–20 га территории с учетом однородности почвенного и растительного покрова, характера использования территории. Отбор ведется методом конверта, по диагонали или другим способом, обеспечивающим отбор типичной для генетических горизонтов либо слоев пробы почвы. Биологический мониторинг окружающей природной среды. Мониторинг растительного покрова и животного мира включает в себя наблюдения за структурными признаками на тест-полигонах и ключевых участках. Количество участков, их расположение и размеры зависят от степени и вида техногенных нарушений, ландшафтно-видового разнообразия, а также от непосредственных задач мониторинга. Биологический мониторинг экологических систем и объектов получил особое распространение в последние годы. Сущность биомониторинга заключается в оценке наличия или отсутствия биологической активности вещества (тест-реакция) проверяемого объекта по сравнению с действием контрольной среды на специальные тест-организмы. 204 В качестве биотестов используются различные виды животных и растений или микроорганизмы. Биологический мониторинг проводится на популяционном и индивидуальном уровне. В качестве основных индикаторов могут использоваться морфологические показатели: • этологические – характер поведения организмов в зависимости от условий среды; • биохимические – состав биологических сред, активность ферментов и т.д.; • физиологические – потребление пищи, выделение продуктов метаболизма, выделение кислорода растениями и др.; • генетические – скорость мутаций и т.д. На популяционном уровне определяют численность биомассы, число и состав видов и т.д. Преимущества биомониторинга заключаются в следующем: • выявлении более широкого круга веществ-загрязнителей; • возможности определения совместного действия на живые организмы различных загрязнителей; • оценке мутагенности и биологической активности веществ; • контроле интегрального воздействия всей среды на тесторганизмы; • определении скорости и направления неблагоприятных изменений в окружающей среде. Биомониторинг водного бассейна, атмосферы и почвы выявляет опасные по загрязненности территории, а также позволяет определить, какие первоочередные меры по оздоровлению экосистемы необходимо принять. На рис. 8.8 приведена схема комплексного мониторинга территории, прилегающей к предприятию по добыче и первичной переработке углеводородного сырья. Учитывается загрязнение вод промышленными стоками, газовые выбросы в атмосферу. Исследование содержания свинца позволяет оценить роль автотранспорта в загрязнении воды, воздуха и почвы. При создании независимой автоматизированной сети мониторинга опасных объектов следует учитывать данные биомониторинга и использовать опыт, накопленный в этой области международными организациями по созданию баз данных. 205 Рис. 8.8. Схема биомониторинга санитарной зоны и региона, прилегающего к предприятию, его связь с подсистемами мониторинга 206 Общие недостатки биомониторинга экологических систем: • каждая из них предназначена для оценки веществ только по какой-либо одной биологической характеристике (например, токсичности или бактерицидной, фунгицидной, стимулирующей активности); • для биомониторинга требуется длительное время (от нескольких часов до нескольких суток); в качестве тест-организмов для каждой операции используются отдельные культуры специальных микроорганизмов. • низкая селективность и чувствительность биотестов по сравнению с физико-химическими методами анализа. Безусловно, создание системы биомониторинга не заменяет традиционные физико-химические методы контроля, но позволяет обеспечить единую комплексную методическую основу информационного обслуживания всех ведомств, участвующих в решении задач сохранения и рационального использования биоресурсов. 8.4. Мониторинг аварийных ситуаций Оценки возможного влияния нефтепромыслов на окружающую среду показывают, что осложнения при бурении скважин и аварии на трубопроводах являются основным антропогенным фактором, влияющим на природную среду. Поэтому особое место в системе экологического мониторинга занимает мониторинг возможных аварийных ситуаций. Этот мониторинг включает в себя: 1) проведение детального анализа аварийных ситуаций и осложнений при бурении для оценки вероятности их возникновения и масштабов воздействия, что позволит определить подходы к оценке экологического риска, оценить реальный экономический ущерб и, наконец, оптимизировать поиск технологических решений, обеспечивающих экологическую безопасность нефтедобычи и сокращение капитальных вложений при эксплуатации месторождения; 2) создание системы мониторинга состояния ОПС, в первую очередь мониторинга химического состава подземных вод, а также гидрологических характеристик и загрязнения водных объектов в основные гидрологические периоды: зимнюю и летнюю межень, в период весенних и осенних паводков; 3) осуществление контроля герметичности шламовых амбаров. При этом должны выполняться следующие мероприятия: 207 • тщательный контроль сплошности противофильтрационного экрана и устранения нарушения изоляции; • организация горных выработок (не менее трех скважин) по периметру амбара: две – на 1 м глубже дна и одна – на ближайший водоносный горизонт; • расположение выработок по направлению грунтового потока; • оборудование скважин обсадкой и фильтром, цементирование или изоляция устьев; • замеры уровней и отбор проб воды на химический анализ для получения фоновых данных перед эксплуатацией амбара; • анализ состава воды в выработках и сопоставление с фоновыми данными после заполнения амбаров периодически 1 раз в декаду, а по истечении 3 месяцев эксплуатации – 1 раз в месяц; • ремонт или сооружение нового амбара в случае разгерметизации противофильтрационного экрана; 4) количественную и качественную оценку последствий аварий, включая расчеты объемов разлившейся нефти, вод, газов в месте разрыва трубы, в том числе сведения об изменении давления, температуры, расхода при различных режимах истечения, а также данные о распространении выбросов и возможных последствиях для населения и компонентов ОПС; оценка степени поражения персонала, населения, а также мониторинг последствий аварий. Практика наблюдений за аварийными разливами нефти и нефтепродуктов свидетельствует о том, что данные мониторинга должны включать в себя следующие сведения: • место и время разлива нефти и нефтепродуктов; • время прекращения аварийного разлива; • источник разлива; • масштаб разлива (объем разлитого нефтепродукта или его оценка по площади нефтяного пятна и толщине пленки); • температура воздуха или воды (если разлив произошел на воде); • направление, сила ветра, скорость течения, высота волн, ледовая обстановка (если разлив произошел на воде); • направление утечки по рельефу местности, характеристика поверхностного слоя, растительного и снежного покрова, сведения о потенциальной возможности попадания нефтепродуктов в водоемы, водозаборы, канализацию (если разлив произошел на земной поверхности). 208 В данной системе наиболее сложно оценить масштабы разлива в случае аварии. В то же время в зависимости от масштабов определяются аварийно-технические мероприятия по ликвидации последствий. Например, части МЧС могут привлекать к ликвидации разливов более 10 м3 нефтепродуктов. По-видимому, при меньших разливах ликвидационные работы возможно осуществлять собственными силами. Измерение площади разлива проводится визуально или с помощью аэрофотосъемки, толщина слоя нефтепродуктов определяется мерными рейками, она обычно быстро уменьшается до долей миллиметров. При невозможности визуализации применяют специальные приборы (лазерные, акустические, кондуктометрические) либо химический анализ отобранных в разных точках проб воды или почвы. На проведение таких оценок требуется время и специальное оборудование, поэтому в практике оперативных оценок используют балльные шкалы, позволяющие в первом приближении провести оценки масштабов разлива. Шкала визуальной оценки степени загрязненности воды нефтью и нефтепродуктами представлена в табл. 8.7. Таблица 8.7 Шкала визуальной оценки степени загрязненности воды нефтью и нефтепродуктами Оценка, Предельная масса Внешний вид поверхности воды баллы нефти, мг на 1 м2 поверхности 0 Чистая, без признаков цветности при различном освещении 1 До 50 Отсутствие пленки, пятен; отдельные радужные полосы, наблюдаемые при наиболее благоприятном освещении и спокойном состоянии водной поверхности 2 50–100 Отдельные пятна и серые пленки с серебристым налетом при спокойном состоянии поверхности; появление первых признаков цветности 3 100–200 Пятна и пленки с яркими цветными полосами, наблюдаемые при слабом волнении 4 200–400 Пятна и пленки, покрывающие значительные участки поверхности воды, не разрывающиеся при волнении; цвет тусклый, мутно-коричневый 5 400 и более Поверхность воды покрыта сплошным слоем нефти, хорошо видимой при волнении; цвет темный, темно-коричневый 209 После визуального обнаружения на втором этапе проводят групповой химический анализ содержания нефтепродуктов в пробах. Наиболее часто для проведения таких работ используют анализаторы нефтепродуктов АН-1 и АН-2 для определения суммарного содержания нефтепродуктов. На третьем этапе используют более чувствительные методы газовой и жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Проведение таких анализов необходимо для оценки полиароматических соединений, которые токсичны даже при концентрациях 10–7–10–9 по массе. В соответствии с действующими нормативными документами за счет средств виновника аварии после завершения ликвидации разлива нефти должен быть обеспечен экологический мониторинг водных объектов, почвы, атмосферного воздуха. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дайте характеристику нефти. Приведите основные свойства нефти и нефтепродуктов. 2. Охарактеризуйте воздействие углеводородного сырья на компоненты окружающей среды. 3. Допустимый уровень содержания нефтепродуктов в почве, который не представляет экологической опасности. 4. Перечислите факторы, имеющие значение для оценки экологической опасности в воде и почве. 5. Каковы общие рекомендации по организации экологического мониторинга на месторождении? 6. Как осуществляется контроль за составом загрязняющих веществ в воздушной среде? 7. Как организуется мониторинг за качеством поверхностных и подземных вод? 8. Как осуществляется экологический контроль за состоянием почв в районах нефтедобычи? 9. Дайте определение биологическому мониторингу. Назовите преимущества и недостатки биомониторинга. 10. Как осуществляется наблюдение за аварийными ситуациями в местах разлива нефтепродуктов? 210 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. ГОСТ Р 51858–2002. Нефть. Общие технические условия. 2. РД 51-1–96. Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного состава, в том числе сероводородсодержащих / М-во топлива и энергетики РФ; М-во природ. рес. РФ. – М., 1996. 3. Поконова Ю. Нефть и нефтепродукты. – СПб.: Промис, 2003. 4. Хаустов А.П., Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти. – М.: Дело, 2006. 5. Затягалова В.В., Иванов А.Ю. Мониторинг нефтяных загрязнений в море с помощью ГИС-технологии [Электронный ресурс]. – URL: http://gisa.ru/35856.html 6. Программа производственного экологического мониторинга ОАО НК «ЛУКОЙЛ» в северной части Каспийского моря / ОАО НК «ЛУКОЙЛ». – Астрахань, 2002. 7. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем [Электронный ресурс]. – URL: http://bibl.tikva.ru/base/B1247/B1247Content.php 8. СТО Газпром 10-2005. Методические указания по санитарнохимическому контролю воздушной среды на содержание углеводородов на объектах ОАО «Газпром», его дочерних обществ и организаций / ООО «ВНИИГАЗ». – М., 2005. 211 Модуль 4 МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ, СИСТЕМ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ Тема 9. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ Мониторинг объектов размещения отходов производства и потребления должен проводиться организациями, имеющими полигоны или площадки по складированию, обезвреживанию, захоронению промышленных и бытовых отходов, шламонакопители, хвостохранилища и т.д. Для полигонов разрабатывают систему мониторинга для осуществления контроля за качественным и количественным составом поступающих на полигон отходов; техническим состоянием инженерных сооружений; за изменением качества поверхностных, подземных вод и атмосферного воздуха; почвенным и растительным покровом; шумовым загрязнением. 9.1. Полигоны ТБО Система мониторинга безопасности для штатного режима работы полигона включает в себя следующие направления: 1. Контроль за состоянием грунтовых вод и составом фильтрата. 2. Контроль атмосферного воздуха, как в рабочей зоне на территории полигона, так и за ее пределами. 3. Контроль почв в зоне возможного влияния полигона 4. Контроль соответствия отходов, поступающих на полигон, заявленной степени опасности. 9.1.1. Мониторинг состояния грунтовых вод и фильтрата Цель мониторинга фильтрата – получение информации о степени его токсичности для назначения метода его очистки. Мониторинг химического состава фильтрата должен проводиться как на выходе из каждой очереди полигона для определения времени наступления метановой фазы, так и на выходе со всего полигона для определения его влияния на очистные сооружения и систему очистки. Наблюдения за соста212 вом фильтрата рекомендуется проводить 3–4 раза в год, и 1 раз в год фильтрат подвергают полному химическому анализу. С резким изменением качественного и количественного составов фильтрата периодичность наблюдений увеличивают. Перечень определяемых показателей фильтрата устанавливают с учетом: • исходных гидрогеологических и гидрологических условий территории размещения места складирования и полигонов захоронения ТБО; • проектов строительства, эксплуатации и рекультивации полигона; • условий сбора, очистки и отведения очищенного фильтрата; • расхода и качества воды водотока, принимающего очищенный фильтрат; • требований нормативных документов (СанПиН 2.1.7.722–98, СанПиН 4630–88, ГОСТ 17.1.3.06–82 и др.) и потребителей информации. Контроль параметров фильтрата осуществляют по гидрологическим, гидрохимическим, микробиологическим и паразитологическим показателям. Программы контроля по гидрологическим и гидрохимическим показателям оценивают расход и свойства фильтрата, содержание экзогенных химических веществ в представительной пробе. Программа контроля по микробиологическим и паразитологическим показателям оценивает фильтрат полигона в санитарно-гигиеническом и эпидемиологическом плане. Выбор программы зависит от типа пункта контроля и возможности проведения контроля в полевых или стационарных условиях; лабораторными методами, в автоматическом и автоматизированном режиме без передачи или с оперативной передачей информации. Пункты типа 1 предназначены для контроля состава и свойств подземных фильтрационных вод. Эти пункты располагаются в контрольных скважинах и сборных колодцах, сооруженных в соответствии с проектом строительства полигона для проведения экологического мониторинга полигонов ТБО. Пункты типа 2, предназначенные для контроля поверхностных скоплений фильтрата, располагаются в местах накопления фильтрата и его выхода на поверхность, а также в местах сброса фильтрата в водные объекты в соответствии с требованиями экологического мониторинга полигонов ТБО. В пунктах типа 2 на полигонах захоронения ТБО контролируется расход, состав и свойства фильтрата. 213 Расположение пунктов контроля устанавливают с учетом состояния и перспективы развития полигона ТБО, этапности его освоения и на основании предварительных исследований, включающих в себя: • сбор и анализ сведений по гидрогеологическому и гидрологическому режиму территории размещения полигона ТБО; • обследование топографических, геологических, гидрогеологических и гидрологических условий площадки. Пункты контроля составляют наблюдательную сеть и оборудуются в скважинах, колодцах и выпусках из коммуникаций гидротехнических сооружений. Пункты контроля должны быть обеспечены приспособлениями для отбора проб, проведения контрольных измерений в полевых условиях. Количество пунктов контроля и их оснащение определяется проектом строительства полигона с учетом этапов его освоения. Объемы контроля определяются полной и сокращенной программами. Сокращенная программа контроля по гидрологическим и гидрохимическим показателям может проводиться в полевых (А) и лабораторных условиях (Б) в объеме, указанном в приложении 1. Программы контроля по микробиологическим и паразитологическим показателям приведены в приложении 2. Программы контроля в пунктах типа 2 осуществляются в момент эксплуатации очистных сооружений, перед выпуском и в момент выпуска сточных вод в водоприемники или водоток. Поверхностные скопления фильтрата в местах складирования ТБО контролируются по полной программе. При обнаружении в пробе фильтрата возбудителей инфекционных заболеваний, появлении дополнительных источников загрязнения, изменяющих расход, состав и условия сброса очищенного фильтрата, изменении условий принимающего водотока, могут быть изменены в установленном порядке [7] периодичность проведения контроля и перечень показателей. Участки складирования ТБО оборудованы глиняным экраном с коэффициентом фильтрации воды не более 10–5 см/с (0,0086 м/сут), толщиной не менее 0,5 м, и системой сбора фильтрата, что предотвращает проникновение вредных химических и биологических веществ в грунтовые воды, кроме того, участок защищен от стоков поверхностных вод водоотводной канавой. 214 Задача программы мониторинга подземных вод заключается в получении информации об изменении их состава, вызванного возможным просачиванием фильтрата через защитный экран. С целью предотвращения попадания фильтрата в грунтовые воды на полигонах предусмотрена сеть наблюдательных скважин (5 скважин) для ведения мониторинга состояния подземных вод. Одно контрольное сооружение закладывается выше полигона по течению грунтовых вод с целью отбора проб воды, на которую не влияет фильтрат с полигона. Пробы вод из контрольных скважин, заложенных выше полигона по течению грунтовых вод, характеризует их исходное состояние. Ниже полигона по течению грунтовых вод (на расстоянии 50–100 м, если нет опасности загрязнения грунтовых вод за счет других источников) закладывают 1–2 скважины для отбора проб воды, учитывающих влияние полигона. Объем определяемых показателей и периодичность отбора проб обосновываются в проекте мониторинга полигонов. Обычно периодичность отбора проб воды должна быть не реже 2 раз в год. Отбор проб грунтовых вод осуществляется в периоды наибольших и наименьших воздействий гидрометеофакторов на состояние подземных вод. Перед отбором проб производится прокачка скважин с извлечением из них трех объемов воды, которая в них находится. Параметры, характеризующие качество подземных вод: прозрачность; рН; количество взвешенного вещества; химическая потребность в кислороде (ХПК); биохимическая потребность в кислороде (БПКполн); колифаги; общие колиформные бактерии; яйца гельминтов. Контроль осуществляется методом лабораторных исследований на наличие следующих ингредиентов: аммиак, нитриты, нитраты, кальций, хлориды, железо, сульфаты, магний, кадмий, хром, цианиды, свинец, ртуть, мышьяк, медь, сухой остаток. К этому перечню добавляются вещества, повышенное содержание которых обусловлено их присутствием в свалочных грунтах: нефтепродукты, толуол, этилбензол, фенол, крезолы, хлорбензол, дихлорбензол, тяжелые металлы, мышьяк и др. Методики определения физико-химического, микробиологического и паразитологического состава фильтрата представлены в приложении 3. Если в пробах, отобранных ниже по потоку, устанавливается значительное увеличение концентраций определяемых веществ по сравнению с контрольным, по согласованию с контролирующими органами, расширяется объем определяемых показателей, а в случаях, если содержание определяемых веществ превысит ПДК, принимаются меры по ограничению поступления загрязняющих веществ в грунтовые воды до уровня ПДК. 215 Выше полигона на поверхностных водоисточниках и ниже полигона на водоотводных канавах также проектируются места отбора проб поверхностных вод. Отобранные пробы исследуются на гельминтологические, бактериологические, санитарно-химические показатели. 9.1.2. Контроль за состоянием воздушной среды Система мониторинга полигона должна включать в себя постоянное наблюдение за состоянием воздушной среды. В этих целях периодически необходимо производить анализы проб атмосферного воздуха над отработанными участками полигона на границе санитарнозащитной зоны на содержание соединений, характеризующих процесс биохимического разложения ТБО и представляющих наибольшую опасность. Объем определяемых показателей и периодичность отбора проб обосновываются в проекте мониторинга полигонов и согласовываются с контролирующими органами. В случае установления загрязнения атмосферы выше ПДК на границе санитарно-защитной зоны и выше ПДКр.з. на рабочем месте полигона (табл. 9.1 и 9.2) должны быть приняты соответствующие меры, учитывающие характер и уровень загрязнения. Обычно при анализе проб атмосферного воздуха определяют метан, сероводород, аммиак, окись углерода, бензол, трихлорметан, четыреххлористый углерод, хлорбензол. Таблица 9.1 ПДК основных загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферу воздуха на полигонах ТБО № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 216 Вещество Пыль нетоксичная Сероводород Окись углерода Окись азота Ртуть металлическая Метан Аммиак Бензол Трихлорметан 4-хлористый углерод Хлорбензол ПДК, мг/м3 максимально разовая среднесуточная 0,5 0,15 0,08 – 5,0 3,0 0,4 0,06 – 0,0003 – 50,0 0,2 0,04 1,5 0,1 – 0,03 4,0 0,7 0,1 0,1 Таблица 9.2 ПДК основных загрязняющих веществ (рабочая зона), выделяющихся в атмосферный воздух на полигонах ТБО в зоне работы персонала № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Вещество ПДКм.р., мг/м3 Пыль нетоксичная Сероводород Окись углерода Окись азота Ртуть металлическая Метан Аммиак Бензол Трихлорметан 4-хлористый углерод Хлорбензол 4,0 10,0 20,0 5,0 0,01 – 5,0 15,0 – 20,0 100,0 9.1.3. Контроль за состоянием почвы Система мониторинга полигона также должна включать в себя постоянное наблюдение за состоянием почвы в зоне возможного влияния полигона. С этой целью контролируется качество почвы и растений на содержание экзогенных химических веществ (ЭХВ), которые не должны превышать ПДК в почве и, соответственно, не превышать остаточные количества вредных ЭХВ в растительной товарной массе выше допустимых пределов. Контроль содержания загрязняющих веществ в растениях и почве проводят не реже 1 раза в год (июль-август). В соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.722–98 качество почвы контролируется по химическим, микробиологическим, радиологическим показателям. Из химических показателей исследуется содержание: тяжелых металлов, нитритов, нитратов, гидрокарбонатов, органического углерода, рН, цианидов, свинца, ртути, мышьяка. В качестве микробиологических показателей исследуются: общее бактериальное число, колититр, титр, протея, яйца гельминтов. 217 Для определения динамики загрязнения почвенного покрова вокруг 1 очереди полигона ТБО ведется контроль в 2 точках, в которых наблюдается естественный почвенный покров. 9.1.4. Контроль соответствия отходов, поступающих на полигон заявленной степени опасности Химические и токсичные отходы, недопустимые для захоронения на полигоне, контролируются визуально при их поступлении на полигон. Визуальный осмотр проводится на участке приема отходов, а также на участке их захоронения машинистами бульдозеров и катков. Если отходы не соответствуют заявленным требованиям, то такие отходы к захоронению на данном полигоне не принимаются. На полигоны захоронения ТБО принимают: • бытовые отходы и отходы потребления из жилых зданий, учреждений и предприятий общественного назначения, объектов оптово-розничной торговли промышленными и продовольственными товарами; • строительные отходы, образованные при сносе, ремонте, реконструкции, новом строительстве зданий и сооружений, отходы стройиндустрии, промышленные отходы, приравненные к ТБО, древеснорастительные отходы от планового ухода за зелеными насаждениями городов; • твердые промышленные отходы IV класса опасности по согласованию с органами природных ресурсов и охраны окружающей среды, санитарно-эпидемиологическими службами и учреждениями коммунальной сферы, в количестве, не превышающем 30 % от массы принимаемых ТБО. Полигоны ТБО по видам принимаемых отходов подразделяют на два класса: • полигоны ТБО 1-го класса – полигоны, на которых разрешено размещать отходы, содержащие менее 25 % органических примесей; • полигоны ТБО 2-го класса – полигоны, на которых размещают отходы, содержащие более 25 % органических примесей. Организации, эксплуатирующие полигоны, разрабатывают регламент (режим) работы полигона и инструкцию по приему ТБО. В соответствии с разработанной инструкцией осуществляют учет по218 ступающих отходов, обеспечивают их контроль, распределяют в пределах эксплуатируемой части полигона, выполняют послойную изоляцию отходов, обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к безопасности жизнедеятельности предприятий в чрезвычайных ситуациях. Отходы, прием которых запрещен для полигонов ТБО: 1. Строительные отходы, содержащие: шлаки, золы, асбест, отходы мягкой кровли, имеющие IV класс опасности. 2. Промышленные отходы I, II, III классов опасности. 3. Радиоактивные отходы, независимо от уровня их радиации. 4. Ртутные лампы. С целью исключения несанкционированного складирования отходов, содержащих радионуклиды, при поступлении на полигон отходы проходят радиационный дозиметрический контроль. Для этих целей используются геолого-разведочные поисковые приборы СРП-68-01, СРП-88Н или дозиметр-радиометр МКС-08П (рис. 9.1). Рис. 9.1. Приборы для определения содержания радионуклидов в отходах, поступающих на полигон (слева – СРП-88Н, справа – МКС-08П) Промышленные отходы (ПО), допускаемые для совместного складирования с ТБО, должны отвечать следующим требованиям: иметь влажность не более 85 %, не быть взрывоопасными, самовоспламеняющимися, самовозгорающимися. Основным санитарным условием является требование, чтобы токсичность смеси промышлен- 219 ных отходов с бытовыми не превышала токсичности бытовых отходов по данным анализа водной вытяжки. Заключение о возможности приема и совместного складирования ПО и ТБО выдается Центрам гигиены и эпидемиологии (ЦГиЭ) на основе анализов лаборатории диагностики полигона либо анализов ЦГиЭ, проводимых по договорам с предприятиями – поставщиками отходов. Промышленные отходы IV класса опасности, принимаемые без ограничений в количественном отношении и используемые в качестве изолирующего материала, характеризуются содержанием в водной вытяжке (1 л воды на 1 кг отходов) токсичных веществ на уровне фильтрата из твердых бытовых отходов, а по интегральным показателям – биохимической потребности в кислороде (БПК20) и химической потребности в кислороде (ХПК) – не выше 300 мг/л, они должны иметь однородную структуру с размером фракций менее 250 мм (приложение 4). Промышленные отходы IV и III классов опасности, принимаемые в ограниченном количестве (не более 30 % от массы ТБО) и складируемые совместно с бытовыми, характеризуются содержанием в водной вытяжке токсичных веществ на уровне фильтрата из ТБО и значениями БПК20 и ХПК 3400–5000 мг/л. Перечень промышленных отходов III, IV классов опасности, допускаемых для совместного складирования, приводится в приложениях 5 и 6. 9.2. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов Мониторинг безопасности на полигонах по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов осуществляет бригада обслуживания хозяйственных объектов и сооружений (ОХОС) лабораторной службы ЦЗЛ и диспетчерской службы (рис. 9.2), в состав которых входят специалисты с основными обязанностями по наблюдению и контролю за состоянием полигона и окружающей среды вблизи полигона (табл. 9.3). 220 221 Таблица 9.3 Состав бригады ОХОС и ее функции Выполняемые наблюдения Специалисты Количество людей и отборы проб Диспетчер1 • Постоянное дежурство на диспетчерском пункхимикте завода. технолог • Прием показаний приборов автоматического контроля химического состава дождевых вод в песколовке; прием сигналов переполнения контрольнорегулирующих прудов дождевых и дренажных вод. • Подача распоряжений по громкоговорящей связи об очистке решетки дождевых вод. • Дистанционное переключение задвижек на впуске и выпуске у контрольно-регулирующих прудов и емкостей. • Ведение журнала качества дождевых и дренажных вод, а также качества воды в наблюдательных скважинах. • Отдача распоряжений о производстве лабораторных химических анализов воды, отобранной автоматическими пробоотборниками, и контроль за включением их в работу Химики2 • Прием проб воды от автоматических пробоотлаборанты борников, транспортировка и выполнение срочных химических анализов с ведением журнала. • Периодический отбор проб воды вручную (когда нет дождей) в дренажных колодцах и наблюдательных скважинах; проведение химических анализов. • Визуальный контроль наличия нефтяной пленки и осадка в песколовке дождевых вод Рабочие 3 • Регулировка ручными задвижками и затворами на сети дождевой канализации и дренажа также электрическими при отказе дистанционного управления. • Очистка дождевых лотков вручную. • Смыв песколовки после очистки: очистка песколовки производится эжектором, а вывозка песка – строительной бригадой Техник1 • Осмотр всех сооружений полигона с целью их гидротехник своевременного ремонта (откосы и гребни дамб карт и дорог, дождевые лотки и каналы, песколовка, пруды, водохранилище, насосные станции, дренажи) 222 9.2.1. Контроль герметичности экранов на полигонах по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов Герметичность экранов контролируется различными способами в зависимости от гидрогеологических условий территории и конструкции экрана. При экранах, устраиваемых на слабофильтрующих грунтах с относительно высоким уровнем стояния грунтовых вод (до 1,0 м) и на небольших уклонах грунтового потока, когда возможен подъем уровня грунтовых вод с подпором экрана, контроль за герметичностью осуществляется путем отбора проб воды на химический анализ из дренажных колодцев, в которые поступает вода от дренажа. При глубоком залегании уровня грунтовых вод и сравнительно высоком коэффициенте фильтрации грунтов контроль за герметичностью экрана осуществляется путем отбора проб грунтовых вод на химический анализ из контрольных скважин, располагаемых по контуру в направлении оттока грунтовых вод. При двухслойных экранах, когда между слоями устраивается дренаж, герметичность верхнего слоя контролируется путем нагнетания через дренаж воздуха, который в виде пузырьков будет выступать на поверхность воды, или путем установки в межслойном пространстве электрических датчиков. Контроль герметичности верхнего слоя экрана (при двухслойном экране) производится с помощью электрических датчиков. Сущность способа заключается в следующем: под рабочим экраном в дренажном слое по сетке укладываются изолированные проводники, в местах пересечения которых устанавливаются датчики, фиксирующие наличие профильтровавшихся промышленных стоков. Створы датчиков электроконтроля закреплены в натуре по контуру пруда маркировочными столбиками с номерами. Сигнал о наличии жидкости в месте установки датчика передается в помещение КИП, располагаемое вблизи пруда. На рис. 9.3 показана блок-схема (на одну секцию пруда) электрического устройства контроля целостности экрана и конструкции датчика. 223 Рис. 9.3. Контроль герметичности верхнего слоя при двухслойном экране: 1 – противофильтрационный экран; 2 – датчик, фиксирующий наличие промышленных стоков; 3 – поисковая система; 4 – контролирующее устройство; 5 – выходной релейный орган; 6 – источник питания 9.2.2. Контроль химического состава дождевых и грунтовых вод Контроль химического состава дождевых и грунтовых вод отбор проб осуществляется в следующих местах: 1. Песколовка дождевых вод с автоматическим пробоотборником ПАПС, аппаратом автоматического определения концентрации некоторых химических элементов и передачей сигнала диспетчеру. В начале дождя по сигналу наполнения песколовки водой до отметки перелива в пруды дежурный диспетчер включает автоматический анализатор загрязнений воды и автоматический пробоотборник и через 20–30 мин пробы воды доставляются в химическую лабораторию. 2. Контрольно-регулирующие пруды дождевых вод с автоматическими пробоотборниками (3 шт.). Через 15–20 мин после начала поступления воды в пруды диспетчер включает автоматические пробоотборники, предварительно дистанционно уточнив глубину в рабочей секции пруда (не менее 0,3 м), и через 20–30 мин пробы воды доставляются в химическую лабораторию. 224 3. Регулирующая емкость загрязненных дождевых вод с автоматическим пробоотборником. После заполнения емкости на глубину не менее 1,0 м (глубина определяется дистанционно диспетчером по вызову) диспетчер включает в работу пробоотборник, и через 20–30 мин пробы воды доставляются в химическую лабораторию. В зависимости от степени загрязнения стоки перекачиваются либо на сжигание, либо на биологическую очистку. 4. Контрольно-регулирующие емкости дренажных вод (2 емк.). После заполнения емкости на глубину не менее 1,0 м (глубина определяется дистанционно диспетчером по вызову) диспетчер включает в работу пробоотборник, и через 20–30 мин пробы воды доставляются в химическую лабораторию. 5. Дренажные колодцы при выходе от каждого сооружения. Пробы отбирают химики-лаборанты вручную только при появлении загрязнений в контрольно-регулирующих емкостях или контрольных скважинах дренажных вод (для отыскания мест утечек). 6. Контрольные скважины (25 шт.). Летом и осенью (6 мес.) пробы отбираются 1 раз в месяц по всем скважинам, зимой и весной – только при появлении загрязнений в контрольно-регулирующих емкостях дренажных вод. При обнаружении загрязнений в контрольных скважинах необходимо начать систематический контроль воды во всех дренажных колодцах на выход от сооружений и проводить не реже двух раз в месяц. 9.3. Объекты хранения радиоактивных отходов 9.3.1. Образование и классификация радиоактивных отходов Радиоактивные отходы (РАО) – это не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества, а также оборудование, изделия (в том числе отработавшие источники ионизирующего излучения), содержание радионуклидов в которых превышает уровни, установленные в соответствии с критериями, установленными Правительством Российской Федерации. РАО образуются при эксплуатации и выводе из эксплуатации объектов ядерного топливного цикла, атомных электростанций, судов с ядерными энергетическими установками и иными радиационными источниками; при использовании радиоактивных веществ в производственных, научных организациях и медицине; при реабилитации территорий, загрязненных радиоактивными веществами, а также при радиационных авариях. 225 К РАО относятся не подлежащие дальнейшему использованию вещества, материалы, смеси, изделия, удельная активность техногенного радионуклида в которых превышает его минимально значимую (МЗУА) (при наличии нескольких радионуклидов сумма отношений удельных активностей техногенных радионуклидов к их МЗУА превышает 1). Значения МЗУА приведены в СанПиН 2.6.1.2523–09 «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99/2009) (зарегистрированы Министерством юстиции Российской Федерации 14 августа 2009 г., № ГР 14534). При неизвестном радионуклидном составе отходы являются радиоактивными, если суммарная удельная активность техногенных радионуклидов в них больше: 100 кБк/кг – для бета-излучающих радионуклидов; 10 кБк/кг – для альфа-излучающих радионуклидов (за исключением трансурановых); 1,0 кБк/кг – для трансурановых радионуклидов. По агрегатному состоянию РАО подразделяются на жидкие, твердые и газообразные. К жидким РАО относятся не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы. К твердым РАО относятся отработавшие свой ресурс радионуклидные источники, не подлежащие дальнейшему использованию материалы, изделия, оборудование, биологические объекты, грунт, а также отвержденные жидкие РАО. К газообразным РАО относятся не подлежащие дальнейшему использованию газообразные смеси, содержащие радиоактивные газы и (или) аэрозоли, образующиеся при производственных процессах. По удельной активности РАО подразделяются на 3 категории: низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные (табл. 9.4). В случае, когда по характеристикам радионуклидов радиоактивные отходы относятся к разным категориям, для них устанавливается наиболее высокое из полученных значение категории отходов. Для предварительной сортировки твердых отходов рекомендуется использование критериев по уровню радиоактивного загрязнения (табл. 9.5) и по мощности дозы гамма-излучения на расстоянии 0,1 м от поверхности при соблюдении условий измерения в соответствии с утвержденными методиками: низкоактивные – от 0,001 до 0,3 мГр/ч; среднеактивные – от 0,3 до 10 мГр/ч; высокоактивные – более 10 мГр/ч. 226 Таблица 9.4 Классификация жидких и твердых радиоактивных отходов по удельной активности Категория отходов Тритий От 106 до 107 От 107 до Среднеактивные 1011 Высокоактивные Более 1011 Низкоактивные Удельная активность, кБк/кг БетаАльфаизлучающие излучающие раТрансурановые радионуклиды дионуклиды радионуклиды (исключая (исключая тритий) трансурановые) Менее 103 Менее 102 Менее 101 От 103 до 107 От 102 до 106 От 101 до 105 Более 107 Более 106 Более 105 Таблица 9.5 Классификация твердых радиоактивных отходов по уровню радиоактивного загрязнения Категория отходов Низкоактивные Среднеактивные Высокоактивные Уровень радиоактивного загрязнения, част/(см2·мин) Альфа-излучающие Бета-излучающие Трансурановые радионуклиды радионуклиды радионуклиды (исключая трансурановые) От 5·102 до 104 От 5·101 до 103 От 5 до 102 4 7 3 6 От 10 до 10 От 10 до 10 От 102 до 105 7 6 Более 10 Более 10 Более 105 При обращении с РАО, помимо их агрегатного состояния и удельной активности, должны учитываться и другие их физические и химические характеристики, в частности, взрыво- и огнеопасность, органические или неорганические и т.п. [6]. 9.3.2. Общие требования к мониторингу безопасности при хранении твердых радиоактивных отходов (ТРО) Хранение больших объемов ТРО должно производиться в специально оборудованных хранилищах или на специально созданных площадках с системой барьеров, предотвращающих поступление радионуклидов в окружающую среду в количествах, превышающих пределы, установленные санитарными правилами, нормами и гигиеническими 227 нормативами, федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии. В хранилищах ТРО должны быть предусмотрены технические средства мониторинга для осмотра и ревизии ТРО в хранилище и для радиационного контроля. В хранилищах для ТРО с высоким уровнем активности должен быть дополнительно предусмотрен контроль температуры воздуха в хранилище, содержания водорода и радионуклидов в воздухе хранилища. На территории вокруг хранилищ ТРО должны быть предусмотрены контрольно-наблюдательные скважины для отбора проб грунтовых вод. Количество и расположение наблюдательных скважин устанавливаются и обосновываются в проекте ядерной установки, радиационного источника и пункта хранения. Хранение незначительных объемов ТРО должно осуществляться в специально оборудованных помещениях. Расположение и оборудование помещений для хранения незначительных объемов ТРО, условия их хранения должны соответствовать требованиям Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99), других федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [8]. 9.3.3. Хранилища радиоактивных отходов В хранилище отходов следует принять меры для осуществления мониторинга радиологических условий, которые включают в себя определение: • мощностей доз излучения; • концентраций аэрозольных радиоактивных материалов (например, веществ, способных к рассеянию); • уровней как фиксированного, так и/или снимаемого поверхностного загрязнения и скоростей нейтронного потока; • при необходимости химических условий (например, концентраций хлоридов или горючих газов, химических свойств жидкостей); • нерадиологических параметров (например, температуры, давления, влажности, коэффициентов расхода водного теплоносителя). Средства наблюдения: портативные или переносные дозиметры для мониторинга отдельных мест нахождения в любой контролируемой зоне загрязнения, а также у выходов из любых контролируемых зон или при переходе из зоны с более высоким уровнем загрязнения в зону с более низким уровнем загрязнения [9]. 228 9.3.4. Могильники ТРО Радиоэкологический мониторинг окружающей среды проводят в эксплуатационный период могильника. Виды и объем радиоэкологического мониторинга определяют при проектировании с учетом сложившейся системы мониторинга в регионе и требований ГОСТ 12.1.048–85 (2001). Для контроля выхода радионуклидов из зоны захоронения и распространения их в окружающей среде (литосфере, гидросфере) должна быть предусмотрена система контрольно-наблюдательных скважин. Глубина, конструкция, расположение и количество скважин зависят от гидрогеологических условий места захоронения. В зоне строгого режима могильника устанавливается следующая номенклатура параметров радиационного контроля: • мощность поглощенной дозы гамма-излучения; • плотность потока бета-частиц; • мощность поглощенной дозы нейтронного излучения или плотность потока нейтронов; • объемная активность газов, аэрозолей воздуха производственных помещений и атмосферного воздуха; • объемная активность газов и аэрозолей в выбросах в атмосферу; • объемная активность сточных вод; • плотность радиоактивных выпадений из атмосферы; • удельная альфа-, бета-активность или мощность поглощенной дозы гамма-нейтронного излучения от поверхности твердых и отвержденных радиоактивных отходов или поверхности упаковок в зависимости от характера отходов; • нуклидный состав радиоактивных веществ: в газах и аэрозолях воздуха производственных помещений; в газах и аэрозолях атмосферного воздуха; в газах и аэрозолях в выбросах в атмосферу; в сточных водах; в выпадениях из атмосферы; в почве; в грунтах, подстилающих могильник; в поверхностных и грунтовых водах; • загрязнение альфа-, бета-активными веществами поверхностей производственных помещений, оборудования, оснастки, транспортных средств, территории, дорог; • загрязнение альфа-, бета-активными веществами средств индивидуальной защиты, кожных покровов и личной одежды обслуживающего персонала; • индивидуальная доза внешнего облучения персонала; 229 • содержание радиоактивных веществ в организме человека из состава персонала. В санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения устанавливается следующая номенклатура параметров радиационного контроля: • мощность поглощенной дозы гамма-излучения; • поглощенная доза бета-, гамма-излучения; • объемная активность аэрозолей атмосферного воздуха, подземных вод и вод открытого объекта; • плотность радиоактивных выпадений из атмосферы; • нуклидный состав радиоактивных веществ: в аэрозолях атмосферного воздуха; в водах открытого водного объекта; в подземных водах; в выпадениях из атмосферы; в почве; в донных отложениях; в растительности и кормах местного производства; в гидробионтах открытого водного объекта; в продуктах питания местного производства. В районе расположения могильника контролю подлежат также показатели состояния природной среды, влияющие на радиационную обстановку (температура атмосферного воздуха, количество осадков, скорость и направление ветра, глубина уровня и химический состав грунтовых вод). Объем радиационного контроля разрабатывается на стадии проектирования могильника. Для функционирующего предприятия определяется службой радиационной безопасности этого предприятия по согласованию с местными органами Госсаннадзора. Основные требования к объему радиационного контроля при захоронении радиоактивных отходов в могильник приведены в приложении 7. В контролируемый постэксплуатационный период функционирования могильника проводят радиоэкологический мониторинг окружающей среды. Продолжительность радиоэкологического мониторинга в этот период определяют по времени, необходимому для фактического подтверждения безопасности захоронения и соответствия реальных характеристик могильника проектным характеристикам. 9.4. Система мониторинга безопасности при оперативном режиме работы объектов размещения твердых отходов производства и потребления 9.4.1. Мониторинг ЧС на полигонах ТБО В случае присутствия признаков ЧС на полигоне объект переходит на оперативный режим работы. На основании динамики изменения показателей, характеризующих состояние отдельных компонентов при- 230 родной среды (атмосферного воздуха, почвы и биосферы, и поверхностных и подземных вод), составляется оперативный или среднесрочный прогноз дальнейшего изменения экологической ситуации как на самом полигоне, так на прилегающих к нему территориях. Функции системы мониторинга безопасности полигона при ЧС: 1. Информационная основа для определения эффективности проведенных экологических мероприятий по предупреждению ЧС. 2. База данных для разработки технических и технологических решений по совершенствованию эксплуатации полигона. Возможные аварийные ситуации на полигонах ТБО. К основным возможным авариям и ЧС на полигоне относятся: • опасная санитарно-эпидемиологическая обстановка на полигоне; • пожары, воспламенения тела полигона; • взрыв метана с возгоранием при разложении отходов; • повреждение противофильтрационного экрана полигона, проникновение фильтрационных вод полигона в почвенно-грунтовый слой, загрязнения грунтовых вод вредными компонентами фильтрата. Наличие в твердых бытовых отходах, размещаемых на полигонах, компонентов, подвергающихся биоразложению, делает эксплуатацию полигона пожароопасной. При разложении отходов образуется большое количество метана, которое может привести к самовозгоранию места захоронения отходов. На полигоне предусмотрены противопожарные мероприятия. Биохимическое разложение повышает температуру отходов до 40–70 °С, что активизирует процессы химического окисления и ведет к дальнейшему повышению температуры [20]. Зачастую отток тепла из толщи свалки недостаточен, что приводит к самовозгоранию отходов. Горение может происходить как на поверхности (открыто), так и в толще отходов (скрытое, пиролитическое горение). При скрытом горении происходит разогрев поверхностных горизонтов отходов до 155 °С. Распространение газа и неприятного запаха происходит на расстояние до 300–400 м. Вызываемые газом свалок нагрузки от запаха обусловлены наличием примесей таких компонентов, как сероводород, органические соединения серы (меркаптаны), различные эфиры, алкинбензолы и др. Эти вещества с интенсивным запахом часто в малых количествах оказывают вредное действие на самочувствие жителей близлежащих районов. При горении ТБО дымовые газы и запах распространяются на расстояние до нескольких километров. Прогнозирование и предупреждение пожаров 231 крайне затруднено, так как трудно определить возможные очаги повышения температур из-за различной удельной теплоемкости отходов. Пока огонь или дым не вышли на поверхность, обнаружить очаг возгорания визуально практически невозможно. Под толщей отходов выгорают большие пустоты, что приводит к просадкам слоев отходов. Следует учитывать также, что продукты горения высокотоксичны. Задача ликвидации таких очагов сложна и требует больших затрат. При горении отходов выделяется целый комплекс особо опасных веществ. Поэтому неорганизованное сжигание отходов представляет собой чрезвычайную опасность. Наряду с прямой угрозой человечеству и всему живому на планете, вещества, выделяющиеся при разложении и сгорании ТБО, уменьшают толщину озонового слоя Земли, усиливают «парниковый эффект» и ухудшают экологическую ситуацию в целом. Территории, непосредственно прилегающие к полигонам, подвергаются усиленному воздействию вредных веществ. В продуктах сгорания отходов опасных металлов в некоторых случаях в тысячи раз больше, чем в «обычном» воздухе. Токсичные металлы выбрасываются в форме солей или оксидов, т.е. в устойчивом виде, и могут лежать неопределенное число лет, накапливаясь постепенно и с пылью попадая в организм человека. Малые концентрации оксида углерода вызывают блокаду гемоглобина и обусловленное этим кислородное голодание тканей, к которому, как известно, наиболее чувствительна центральная нервная система. Это вызывает прежде всего изменение функционального состояния коры головного мозга, что в большей или меньшей степени отражается на состоянии внутренних органов. Кроме вышеперечисленных веществ, отдельную опасность представляют твердые остатки горения. Они в больших количествах содержат канцерогены и другие вредные вещества, которые приводят к серьезным заболеваниям, в том числе онкологическим. При пожарах и взрывах в программу оперативного мониторинга на полигонах ТБО входит: • непрерывное определение площади возгорания, направления пламени с помощью средств ГИС, космической съемки и авиатранспорта МЧС; • определение скорости и направления ветра, а также температуры и влажности воздуха для прогнозирования дальнейшего развития чрезвычайной ситуации; 232 • постоянное определение уровня загрязнения атмосферного воздуха (по основным определяемым показателям) с учетом силы и направления ветра, в зависимости от места возгорания и близости к населенным пунктам силами химической лаборатории МЧС. География возгорания свалок и полигонов ТБО достаточно широка, поэтому актуально разрабатывать новые оперативные подходы, средства и методы оперативного мониторинга полигонов ТБО. При выявлении повреждения противофильтрационного экрана полигона ТБО в программу оперативного мониторинга входит постоянный контроль состояния грунтовых вод по показателям программы мониторинга полигона ТБО (гидрологические показатели, физико-химический состав, микробиологический состав, паразитологический состав). 9.4.2. Мониторинг ЧС на объектах хранения твердых радиоактивных отходов Факторы риска: внешние природные явления; внутренние явления; внешние явления, вызванные деятельностью человека. Возможные аварийные ситуации: 1. Образование опасных газов в результате химических и радиолитических реакций (например, образование газообразного водорода в результате радиолиза) и нарастание избыточного давления. 2. Образование горючих или коррозийных веществ. 3. Коррозия металлов (например, углеродистой стали). 4. Деградация формы отходов. 5. Выброс радиоактивного материала. При оценке ситуации в хранилище радиоактивных отходов (ТРО) следует учитывать типы, количества и физические и химические характеристики отходов. Например, ТРО, которые были кондиционированы (например, переведены в твердую, забетонированную форму), вероятно, будут иметь более низкий коэффициент повреждения во многих аварийных условиях, чем отходы в некондиционированной форме. Коэффициент повреждения – это параметр, который используется для учета наличия материала в аварийных условиях [9]. До момента устранения ЧС проводится оперативный мониторинг объекта размещения ТРО, включающий в себя постоянное определение параметров, согласно «Основным требованиям к объему радиационного контроля при захоронении радиоактивных отходов в могильник» (приложение 7). 233 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие основные процессы происходят в теле полигона? 2. Что включает в себя система мониторинга безопасности полигона в штатном режиме? 3. Перечислите функции системы мониторинга безопасности полигона. 4. Назовите цель мониторинга фильтрата полигона. 5. Сколько раз в год рекомендуется проводить наблюдения за составом фильтрата полигона? 6. Какую сеть наблюдательных скважин предусматривает система мониторинга безопасности состояния подземных? С какой периодичностью и в какой период отбираются пробы подземных вод? 7. Перечислите основные параметры, характеризующие качество подземных вод вблизи полигона. 8. По каким показателям исследуются пробы, отобранные из поверхностных водоисточников выше и ниже полигона? 9. В какой зоне полигона отбираются пробы для анализа атмосферного воздуха? В каком документе обосновываются определяемые показатели и периодичность отбора проб атмосферного воздуха? 10. Что включает в себя мониторинг почвы в зоне возможного влияния полигона? 11. По каким показателям контролируется качество почвы в зоне возможного влияния полигона? 12. Какие отходы III, IV классов опасности и в каких количествах разрешается складировать на полигонах ТБО? 13. Назовите отходы, складирование которых строго запрещено на полигонах ТБО. 14. Приведите примеры зафиксированных аварийных и чрезвычайных ситуаций на полигонах промышленных и бытовых отходов. 15. Какие меры по предупреждению чрезвычайных ситуаций на полигоне вы знаете? 16. Какой контроль проходят отходы при поступлении на полигон для исключения несанкционированного складирования отходов, содержащих радионуклиды? 17. Какие требования предъявляются к отходам IV класса опасности, принимаемые без ограничений в количественном отношении и используемые в качестве изолирующего материала? 234 18. В каком соотношении с ТБО по массе принимаются промышленные отходы IV и III классов опасности для складирования совместно с бытовыми? 19. Какая инстанция оповещается в первую очередь при возникновении аварийной или чрезвычайной ситуации на полигоне? 20. Чем должен быть оснащен полигон для предотвращения проникновения вредных химических и биологических веществ в грунтовые воды? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов / М-во стр-ва РФ; Акад. коммун. хоз-ва им. К.Д. Памфилова. – М., 1998. 2. Об отходах производства и потребления: Федер. закон от 24 июня 1998 г. №89-ФЗ. 3. СанПиН 2.1.7.722–98. Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для ТБО / Минздрав РФ. – М., 1999. 4. СНиП 2.01.28–85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию / Госкомитет СССР по делам стр-ва. – М., 1985. 5. Методические рекомендации по разработке программ мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду: утв. начальником Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды М-ва природных ресурсов РФ по Пермской области 05.11.2003. 6. Об обращении с радиоактивными отходами: Федер. закон от 11 июля 2011 г. № 190. 7. МУ 2.1.7.001–00. Общие требования к правилам контроля и отбору проб фильтрата мест складирования и полигонов захоронения твердых бытовых отходов: утв. постановлением глав. гос. сан. врача по Перм. обл. от 15 февр. 2000 г. № 2. 8. НП 020–2000. Сбор, переработка, хранение и кондиционирование твердых радиоактивных отходов. Требования безопасности: утв. постановлением Госатомнадзора России от 27 сент. 2000 г. № 8. 9. Серия норм МАГАТЭ по безопасности № WS-G-6.1. Хранение радиоактивных отходов: руководство по безопасности / Междунар. агентство по атом. энергии. – Вена, 2008. 10. ОСТ 95 10517–95. Хранилища твердых радиоактивных отходов. 235 11. ОСТ 95 10516–95. Площадки накопительные для временного хранения твердых радиоактивных отходов. Общие требования. 12. РД 07-04–94. Инструкция по надзору за радиационной безопасностью при производстве, обращении и использовании радиоактивных веществ, изделий на их основе и обращении с радиоактивными отходами / Росэнергоатом. – [Приложение к Приказу № 1 концерна «Росэнергоатом» от 07.02.2005 г. № 89]. 13. РБ 003–98. Требования к программе обеспечения качества при обращении с радиоактивными отходами: утв. постановлением Госатомнадзора РФ от 29 дек. 1998 г. № 5. 14. НП 069–06. Приповерхностное захоронение радиоактивных отходов. Требования безопасности. 15. ГОСТ Р 52037–2003. Могильники приповерхностные для захоронения радиоактивных отходов. Общие требования. 16. ГОСТ 17.0.0.01–76. Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Основные положения. 17. ГОСТ Р 50888–96. Радиоэкологический паспорт специализированного предприятия по обращению с радиоактивными отходами. Основные положения. 18. О радиационной безопасности населения: Федер. закон от 9 янв. 1996 г. № 3-ФЗ. 19. ГОСТ 12.1.048–85. Контроль радиационный при захоронении радиоактивных отходов. Номенклатура контролируемых параметров. 20. Вайсман Я.И., Коротаев В.Н., Петров Ю.В. Полигоны депонирования твердых бытовых отходов / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2001. – 150 с. Тема 10. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ 10.1. Объекты мониторинга и общие рекомендации по его организации На гидротехнических сооружениях (ГТС) должен вестись мониторинг безопасности в соответствии с «Инструкцией о порядке ведения мониторинга безопасности гидротехнических сооружений предприятий, организаций, подконтрольных органам Госгортехнадзора России» (РД 03-259–98, утв. Приказом Ростехнадзора от 28.07.2011 г. № 435). К гидротехническим сооружениям относятся: 1. Промышленные ГТС (накопители промышленных отходов): хвостохранилища, шламохранилища, гидроотвалы, пруды – отстойники, накопители технических, дренажных и шламовых вод, технологические водохранилища, выведенные из эксплуатации накопители жидких промышленных отходов, используемые как техногенные месторождения полезных ископаемых или находящиеся в нестабильном состоянии. 2. Водоподпорные гидротехнические сооружения – плотины. Мониторинг безопасности осуществляется в пределах границ земельного участка, предоставленного для возведения гидротехнического сооружения (земельного отвода). В случаях, когда вредное влияние сооружения распространяется за границы земельного отвода, сфера действия мониторинга безопасности должна быть расширена до границ влияния. К объектам мониторинга безопасности ГТС относятся: 1) гидротехнические сооружения: намывные и насыпные ограждающие и подпорные дамбы и плотины; системы гидротранспорта и оборотного водоснабжения, включая пруды-отстойники; основное технологическое оборудование; 2) природоохранные сооружения, предназначенные для предотвращения вредного влияния накопителя; 3) грунты основания гидротехнического сооружения в зоне влияния; 4) проектная и эксплуатационная документация вышеуказанных объектов; 5) подготовка эксплуатационного персонала. К основным технологическим процессам, на которые распространяется мониторинг безопасности ГТС, относятся: • технология складирования (намыва) шламов в накопители промышленных отходов; 237 • технология осветления и оборота технической воды; • технология гидротранспорта; • технология рекультивации и вывода из эксплуатации (ликвидации) накопителей промышленных отходов; • технология повторной разработки и извлечения шламов из законсервированного накопителя; • осушение накопителей промышленных отходов; • технология промышленной переработки токсичных отходов. Мониторинг безопасности ГТС также распространяется: • на осуществление мероприятий по обеспечению устойчивости гидротехнических сооружений и элементов конструкции накопителя; • на анализ изменения химического состава складируемых отходов (класс токсичности) и характер его влияния на состояние конструкций ГТС. Для обоснования системы мониторинга безопасности для любого ГТС необходимо знать класс гидротехнического сооружения (табл. 10.1). Таблица 10.1 Состав основных технических и программных средств систем мониторинга ГТС согласно классу № п/п 1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 3 238 Класс соТехнические и программные средства мониторинга ГТС оружения I II III Системы мониторинга + + + Правила (инструкция) мониторинга ГТС + + + Средства инструментальных наблюдений + + + Компьютерные средства + + + Средства инструментальных наблюдений + + + Дистанционная контрольно-измерительная аппаратура, со- + + * вместимая с автоматизированными информационноизмерительными диагностическими системами Средства геодезического контроля, пьезометры, мерные водо- + + * сливы, средства химического анализа и другие измерительные устройства, требующие участия человека в процессе измерений Переносные средства измерения, дефектоскопы, средства аку- + + * стического, электрометрического и радиолокационного зондирования, тепловизоры и другие средства измерения и индикации, используемые при инспекционных обследованиях Выносные модули и автономные терминалы автоматизированных + * * информационно-измерительных систем, обеспечивающие автоматизированный сбор информации о состоянии ГТС Окончание табл. 10.1 Класс сооружения I II III * 4.1 Программное обеспечение автоматизированного ввода + * данных измерений * 4.2 Программное обеспечение первичной обработки данных + + измерений * 4.3 Программное обеспечение формализации отчетных мате- + + риалов и графического оформления результатов измерений и анализа данных наблюдений 5 Программное обеспечение базы данных (БД) + + * 5.1 Информация о сооружениях гидроузла (текстовая, графи- + + * ческая, табличная) * 5.2 Инструкция о составе наблюдений, установленной КИА и + + системе мониторинга ГТС 5.3 Данные наблюдений и результаты их первичной обработки + + * 5.4 Данные диагностики и прогноза состояния сооружений + + * 5.5 Результаты анализа риска аварии (уровня безопасности) + + * 6 Интерфейс пользователя информации БД + + * 6.1 Ввод, редактирование, корректировка информации БД + + * 6.2 Просмотр результатов измерений + + * 6.3 Представление отображенной информации + + * 6.4 Диагностирование состояния сооружений + + * 6.5 Создание отчетных материалов + + * 7 Программные средства диагностирования + + * 7.1 Регрессионный анализ результатов наблюдений + * * 7.2 Детерминистические модели работы сооружений + * * 7.3 Оценка риска аварии (уровня безопасности) + + * Условные обозначения: «+» – обязательное требование; «*» – рекомендованное требование. № п/п Технические и программные средства мониторинга ГТС Класс гидротехнического сооружения должен устанавливаться субъектом, разрабатывающим проектную документацию и должен приниматься равным наиболее высокому значению (в соответствии с таблицами приложения 8). Класс второстепенных ГТС надлежит принимать на единицу ниже класса основных сооружений данного гидроузла, но не выше III класса. Временные сооружения должны относиться к IV классу. В случае, если разрушение этих сооружений может вызвать последствия катастрофического характера или значительную задержку возведения основных сооружений I и II классов, они должны быть отнесены к III классу. 239 Вследствие аварий на гидротехнических сооружениях из-за их разрушения (прорыв) возникают гидродинамические аварии (ГА) и связанные с ними ЧС. Они несут разрушения и затопления обширных территорий. 10.2. Мониторинг безопасности накопителей жидких отходов В России 748 комплексов ГТС жидких промышленных отходов. Из них в Пермском крае находится: 6 прудов-отстойников, 9 хвостохранилищ, 63 шламонакопителей. По отраслям промышленности в России комплексы ГТС распределяются следующим образом: • хвостохранилища и шламохранилища в горнодобывающей промышленности – 330; • хранилища отходов предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях – 262; • накопители отходов металлургической промышленности – 100; • хранилища отходов прочих предприятий промышленности – 31. По классам комплексы ГТС в России распределяются следующим образом: I класс – 16 (2,2 %); II класс – 59 (8,2 %); III класс – 136 (18,8 %); IV класс – 512 (70,8 %). Около 22 % ГТС в России находится в аварийном и предаварийном состоянии. Аварийность гидротехнических сооружений в России в 2,5 раза превышает среднемировые показатели. Для обеспечения безаварийной эксплуатации ГТС накопителя должны быть разработаны критерии безопасности, которые утверждаются Госгортехнадзором России, а также организован мониторинг безопасности за показателями состояния ГТС. Основные функции системы мониторинга безопасности накопителей жидких отходов предприятий: 1) наблюдения за устойчивостью (статической, динамической, сейсмической и фильтрационной) ограждающих дамб и других сооружений (элементов конструкции) накопителей промышленных отходов; 2) наблюдения за уровнями воды, глубиной, мутностью, химсоставом и объемами воды в прудках-отстойниках; 3) наблюдения за фильтрацией из накопителя; 4) учет сбросов (баланс) дренажных вод и выбросов загрязняющих веществ (в том числе пыли) в окружающую среду; 5) учет объемов и динамики складирования шламов; 240 6) учет физико-механических характеристик шламов, укладываемых в ограждающие дамбы и чашу накопителя; 7) учет технологических параметров складирования (намыва) шламов; 8) учет нарушенных (деградированных, загрязненных) и рекультивированных (восстановленных) земель; 9) наблюдения за состоянием (загрязнением) подземных и поверхностных вод в районе накопителя, а также грунтов прилегающих территорий. Для проведения натурных наблюдений на накопителях I, II и III класса должна быть организована группа натурных наблюдений (служба мониторинга), которая обязана немедленно ставить в известность руководство цеха (участка) о выявленных недостатках и в случае непринятия мер по их устранению информировать руководство организации. Состав и численность группы зависят от состава, объема и периодичности наблюдений и устанавливаются в проекте. Допускается проведение инструментальных наблюдений специализированными службами организации (маркшейдерской, гидрогеологической и др.), которые должны сравнивать измеренные величины с заданными в проекте параметрами и критериями безопасной эксплуатации сооружений и немедленно передавать данные в подразделение по эксплуатации ГТС накопителя. По результатам наблюдений издается распоряжение на устранение выявленных отступлений от проекта, подписанное техническим руководителем организации. На накопителях IV класса контроль за ГТС может возлагаться на специалиста-смотрителя (или мастера), прошедшего специальную подготовку и получившего допуск на ведение работ на накопителях. Кроме предусмотренных проектом наблюдений все ГТС должны не реже чем два раза в год подвергаться комиссионным осмотрам: • весной, перед прохождением паводка, в целях проверки готовности ГТС к эксплуатации в паводковый период; • осенью, в целях проверки состояния и подготовки ГТС к нормальной эксплуатации в осенне-зимний период. Комиссия должна назначаться приказом по организации, а результаты осмотров оформляться актом. По акту комиссии издается приказ, в котором определяются сроки и ответственные за выполнение предложенных комиссией мероприятий. 241 Состав, порядок и периодичность осмотров подводных частей ГТС определяются проектом и указываются в местной инструкции. При эксплуатации насосных станций, расположенных на берегу рек и водохранилищ, осмотр подводных частей производится один раз в год. Натурные наблюдения за состоянием накопителей должны проводиться в соответствии с заданной в проекте программой и периодичностью. Натурными наблюдениями контролируют соответствие параметров и состояния сооружений их критериям безопасности. Состав и объем наблюдений устанавливаются в зависимости от класса плотины (ограждающей дамбы), ее конструктивных особенностей, геологических, геокриологических, климатических, сейсмических условий, а также условий возведения и требований эксплуатации. Натурные наблюдения проводят визуальными и инструментальными методами. Система мониторинга безопасности накопителей жидких отходов для штатного режима работы включает в себя: 1) контроль соответствия значений контролируемых параметров их предельно допустимым значениям; 2) контроль состояния всех систем сооружения; 3) контроль соблюдения технологии заполнения и намыва; 4) контроль вертикальных и горизонтальных деформаций ограждающих конструкций; 5) контроль фильтрационного режима; 6) геотехнический контроль качества намываемых хвостов; 7) контроль заполнения емкости накопителя; 8) контроль качества поступающих отходов, осветленной и дренажной воды и отходов в накопителе; 9) контроль водного баланса накопителя; 10) контроль уровня воды и отходов в накопителе; 11) контроль влияния накопителя на окружающую среду. 10.2.1. Мониторинг безопасности инженерной защиты накопителей отходов При визуальных наблюдениях должно контролироваться соответствие объекта проектным параметрам и решениям: 1. Соответствие проекту работ по подготовке основания и чаши накопителя, возведению плотин и дамб, выполняемых силами эксплуатационного персонала. 242 2. Состояние откосов, берм и гребня дамб (плотин) и их береговых примыканий: наличие просадок, трещин, подвижек, оползней, оплывин, суффозионных и других негативных явлений. 3. Состояние дренажных устройств: наличие подпора, заиления, просадок, провалов грунта и выходов воды по трассе дренажа, заболачивания, разрушения лотков и колодцев, промерзание дренажа или дренажных выпусков и пр. 4. Состояние водоприемных и водосбросных сооружений: наличие трещин и раковин в стенках сооружений, течей в стыках стенок сооружений, коррозии металлоконструкций, готовность сооружений к сбросу паводковых вод; состояние водовыпусков, перепусков, трубопроводов. 5. Состояние доступных для осмотра частей КИА (КИП): наличие крышек, погнутости оголовков, нумерации и пр. 6. Состояние откосов, берм и облицовок каналов, наличие под ними промоин, раскрытие швов, зарастание и заиление. 7. Уровень воды и отходов в накопителе. Наблюдения за заполнением емкости включают в себя: • контроль изменения уровня воды; • определение объемов отходов и воды, аккумулируемых в накопителе; • измерение расхода подаваемой в накопитель пульпы и оборотной или сбрасываемой воды из накопителя воды; • составление водного баланса на паводковый период. Для контроля заполнения емкости осуществляется не менее 1 раза в год необходимо производить геодезическую (маркшейдерскую) съемку надводных и подводных отложений хвостов и определение объемов отходов и воды в накопителе. 10.2.2. Контроль за санитарным состоянием территории В журнал визуальных наблюдений заносят сведения обо всех обнаруженных при осмотрах и обследованиях сооружений недостатках. К журналу прилагается план накопителя, на котором отмечаются все участки, где в процессе эксплуатации произошли серьезные нарушения в техническом состоянии сооружений с указанием характера нарушения и даты. На накопителе обнаруженные дефектные места обозначаются сигнальными знаками, по которым они могут быть легко найдены. 243 Должностное лицо, ответственное за техническое состояние накопителя, должно еженедельно проверять журнал визуальных наблюдений и делать записи о принятых мерах по устранению выявленных недостатков и их исполнению. Эксплуатационный персонал, на который возлагается ежесменный осмотр сооружений, протяженность которых более 3 км, должен обеспечиваться транспортным средством. 10.2.3. Геодезический (маркшейдерский) контроль Геодезический контроль включает в себя: • геодезические измерения планового и высотного положения установленной КИА; • периодические измерения осадок и смещений сооружений и их оснований, а также геометрических размеров сооружений; • периодические топографические съемки накопителя. Геодезические (маркшейдерские) измерения планового и высотного положения КИА дамб и плотин относительно опорной геодезической (маркшейдерской) сети должны производиться не реже одного раза в три года, кроме случаев, когда аппаратура в процессе эксплуатации сооружений была повреждена или нарушена. Плановая и высотная привязка такой аппаратуры должна производиться сразу после ее восстановления. Проверка нуля водомерной рейки относительно опорного репера должна выполняться ежегодно. Проверка опорных реперов от государственной геодезической сети должна проводиться не реже одного раза в пять лет. Измерение осадок и смещений сооружений и их оснований должно выполняться в соответствии с требованиями проекта, но не реже одного раза в год, при наличии заложенных в проекте мониторинга реперов и марок. Периодичность выполнения топографической съемки накопителя определяется проектом. 10.2.4. Наблюдения за фильтрационным режимом и паровым давлением на сооружениях В результате наблюденияй за фильтрационным режимом и паровым давлением на сооружениях, где это предусмотрено проектом, определяют: • положение уровня воды в теле и основании ограждающих сооружений и их береговых примыканиях; 244 • пьезометрические напоры в основании сооружений, в сопряжениях с береговыми и встроенными сооружениями; • величины фильтрационных расходов на дренажных линиях, выпусках из дренажа и дренажных коллекторов; • химический состав и мутность фильтрационных вод; • местоположение выхода фильтрационных вод на откосы и в береговых примыканиях дамб, наличие суффозии; • уровни и химический состав грунтовых вод на прилегающей к накопителю территории; • величины парового давления в водоупорных элементах плотин, их глинистых основаниях и в теле намывной дамбы. 10.2.5. Контроль уровня и качества воды в скважинах наблюдательной сети Контроль уровня и качества воды в скважинах наблюдательной сети для оценки возможного подтопления прилегающей территории и загрязнения подземных вод должен проводиться в соответствии с графиком. Периодичность контроля устанавливается графиком, но не реже четыре раза в год для накопителей, в которые поступает поверхностный сток. Для накопителей, в которые не поступает поверхностный сток, периодичность контроля зависит от класса опасности складируемых в них отходов: • при наличии в накопителе отходов I–III класса опасности – четыре раза в год; • при наличии в накопителе отходов IV класса опасности – два раза в год. Контроль качества осветленной воды проводится путем периодического отбора и анализа проб воды, отбираемой у водозаборного колодца и из водосбросного коллектора за пределами накопителя. По изменению мутности воды в точках отбора проб судят о сплошности стен колодцев и водосбросных коллекторов. Данные результатов натурных наблюдений заносятся в специальные журналы. Отбор проб пульпы, грунтов на намытых пляжах, воды из дренажных колодцев допускается только при наличии в звене не менее двух человек. Пьезометры должны быть защищены от засорения запирающимися крышками. Выступающие над поверхностью земли части пьезометров, поверхностных, глубинных марок и рабочих реперов должны быть за- 245 щищены от повреждения. Конструкция защитных оголовков определяется проектом. Металлические части КИА должны быть надежно защищены от коррозии. На выступающие над поверхностью земли защитные оголовки или крышки колодцев несмываемой краской должна быть нанесена нумерация КИА. 10.2.6. Контроль соблюдения технологии заполнения и намыва Наблюдения за соблюдением проектной технологии намыва включают в себя: • контроль характеристик исходной пульпы и твердой составляющей; • контроль соответствия проекту диаметра и длины пульповыпусков и шага между ними; • контроль правильности подачи пульпы на карты намыва и за распределением намываемого материала по поверхности карты; • контроль принятой в проекте интенсивности намыва, толщины намываемых слоев и времени отдыха пляжа; • контроль за недопущением образования промоин в намытом грунте или застойных зон, где возможно отложение мелких фракций. Контроль качества грунта, намытого в дамбы и их упорные призмы, включает в себя определение его физико-механических характеристик. Показатели, подлежащие определению в соответствии с классом сооружения, задаются в паспорте геотехнического контроля. Независимо от класса намывного сооружения определению подлежат гранулометрический состав и плотность грунта, намываемого в упорную призму. Контролируемые величины этих показателей задаются в проекте. Для ведения контрольных наблюдений и замеров при намыве на накопителе должны быть закреплены поперечные относительно оси дамбы створы. Положение и способ закрепления створов устанавливаются проектом. 10.2.7. Средства измерений Линейные средства измерений: штангенциркули, рулетки и др. Гидрометрические приборы: батометры, расходомеры и др. (рис. 10.1). Геодезические приборы и средства измерений: рейки инварные, землемерные ленты, нивелиры, теодолиты и др. (рис. 10.2). 246 а б Рис. 10.1. Гидрометрические приборы и средства измерений для мониторинга безопасности ГТС: а – батометр; б – расходомер а в б г Рис. 10.2. Геодезические приборы и средства измерений для мониторинга безопасности ГТС: а – рейка инварная; б – землемерная лента; в – нивелир; г – теодолит 247 10.3. Система мониторинга безопасности накопителей отходов для нештатного режима работы К числу основных причин (факторов риска), которые могут вызвать аварии на накопителях отходов, относятся: • стихийные бедствия – землетрясения, ураганы, сели и др.; • воздействие паводков; • ошибки в проектировании; • неправильная эксплуатация сооружения; • длительное воздействие поверхностного и фильтрационного потоков; • отсутствие проектной документации; • низкая квалификация обслуживающего персонала; • отсутствие своевременных ремонтных работ; • недостаток необходимой контрольно-измерительной аппаратуры, уменьшение натурных обследований; • отсутствие системы автоматизированного мониторинга ГТС, контроля сбора и обработки результатов измерений. На случай разрушения дамб или самих водосборных сооружений в проектной документации на сооружение должны быть определены: границы опасной зоны и зоны затопления; степень и границы загрязнения подземных вод; степень и последствия загрязнения поверхностных вод воздушного бассейна. Для выявления последствий аварий должны быть организованы наблюдения: • за параметрами гидродинамической аварии (размер прорана, расходы и объемы жидких отходов, выливающихся по мере развития прорана); • токсичностью сбросов; • скоростью распространения загрязнения; • состоянием поверхностных и грунтовых вод за пределами накопителя отходов; • скоростью фильтрации загрязнения через почвенный покров; • состоянием почвы на территории, подвергшейся влиянию загрязнения; • погодными условиями. Кроме того, необходимо проведение гидробиологического мониторинга. 248 Прогнозирование загрязнения при ЧС на накопителях отходов проводится в соответствии с методикой расчета зон затопления при гидродинамических авариях на хранилищах производственных отходов (РД 09-391–00), расчеты по прогнозу загрязнения производятся для почв, грунтовых вод, поверхностных водоемов. Расчет показателя силового воздействия волны прорыва на здания и сооружения производится в соответствии с РД 03-626. Объем профильтровавшейся с поверхности почвы жидкости Vф (м3) определяется по формуле Vф = KфJFфТф, где Kф – коэффициент фильтрации почвенного слоя, м/сут; J – градиент инфильтрационного потока; Fф – площадь фильтрации, м2; Тф – время фильтрации жидкости, сут; Значение Vф не должно быть больше общего объема V, вытекшего из хранилища жидкости. Для каждого i-го вредного вещества, содержащегося в жидких отходах, вычисляется концентрация вредного вещества в почве Сiп (мг/кг) на площади Fф: Ciп = Сi Vф Fф М пρпd + Cфпi , где Сi – концентрация i-го вредного вещества в жидких отходах, мг/л; Мп – мощность почвенного слоя, м; ρпd – плотность сухого почвенногрунтового слоя, т/м3; Cфiп – фоновая концентрация i-го вещества в почве, мг/кг. Расчет параметров загрязнения грунтовых вод: 1. Определяется объем профильтровавшейся с поверхности жидкости. 2. Для каждого i-го вредного вещества, содержащегося в жидких отходах, вычисляется концентрация вещества в грунтовых водах, мг/л, в зоне затопления: г.в i С = VфСi + Fф mг.в nг Сфг.вi Vф + Fф mг.в n г , где Сiг.в – концентрация вещества в грунтовых водах до гидродинамической аварии (фоновая концентрация), мг/л; mг.в – мощность грунтового потока, м; пг – пористость водоносных грунтов. 249 Для проточного водоема удельное содержание вредного вещества в воде проточного водоема Сiв (мг/л) рассчитывается по формуле в i С = Qmax Ci + QпСфвi Qmax + Qп , где Qп – расход проточного водоема, м3/сут; Qmax – максимальный расход изливающегося из хранилища потока, м3/сут. В случаях, когда инструментальными наблюдениями выявлены возрастающие или не затухающие во времени деформации отдельных ГТС и их оснований, необходимо срочно вызвать представителей проектной или специализированной организации, имеющей лицензию Госгортехнадзора России на право проведения экспертизы, для выяснения причин деформаций и разработки мероприятий, обеспечивающих безаварийную работу сооружений. При выявлении деформации, не носящей опасного характера (осадки, просадки, трещины, выпучивание отдельных участков тела или основания дамбы) при визуальных наблюдениях, на участках деформации устанавливаются инструментальные наблюдения, которые необходимо проводить до стабилизации или полного затухания обнаруженной деформации. При обнаружении опасных деформаций должны немедленно приниматься меры по их устранению. Контроль характеристик пульпы и отходов, подаваемых на пляж, следует проводить путем замеров расходов, отбором и анализом проб пульпы из всех одновременно работающих пульповыпусков при отработке и проверке заданной проектом технологии намыва. В случае значительного (более 15–20 %) отклонения характеристик пульпы от проектных необходимо привести их в соответствие с проектом или реконструировать систему гидротранспорта и скорректировать регламент складирования отходов в накопитель. В случае превышения проектного графика заполнения накопителя эксплуатирующая организация обязана сообщить об этом организации, разработавшей проект (или другой проектной организации, имеющей лицензию Госгортехнадзора России), и при необходимости принять меры для своевременной реконструкции существующего или создания нового накопителя. Примерами гидродинамических аварий на накопителях отходов являются: 250 1. Прорыв дамбы на Карамкенском хвостохранилище в Магаданской области. 29 августа 2009 г. в поселке Карамкен после трехдневных дождей произошел прорыв центральной части дамбы с последующим разрушением ГТС в нижней части хвостохранилища. В результате было смыто 11 домов, 1 человек погиб, 2 пропали без вести. В программу мониторинга вошли гидробиологический, ихтиологический, гидрохимический и геохимический мониторинги. 2. Прорыв плотины хранилища едких отходов алюминиевого завода в районе г. Айка, Венгрия. 4 октября 2010 г. прорвались подпорная стенка, которая сдерживала хранилище жидких токсичных отходов, в результате чего из хранилища вылилось более 1 млн м3 высокощелочного красного шлама. Поток затопил несколько близлежащих деревень, погибло 10 человек, 120 получили травмы и химические ожоги. Грязевой поток попал в местные реки, погубив многих животных. Зона бедствия – 40 км2. В программу мониторинга был включен мониторинг состояния реки Дунай ежемесячно на содержание Al, Hg, Cr, NH +4 , SO 24− , Cl–, нефтепродукты, Fe, Mn, Cu, As, Sr, Pb, Zn. 10.4. Общие требования к системе мониторинга безопасности состояния водоподпорных ГТС (плотин) Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС осуществляется в целях обеспечения безопасной эксплуатации ГТС, безопасности населения и территорий, прилегающих к нижним и верхним бьефам плотин. 10.4.1. Система мониторинга безопасности водоподпорных ГТС (плотин) в штатном режиме работы Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС осуществляется постоянно с установленной периодичностью по основным контролируемым показателям в соответствии с программой наблюдений. Объем наблюдений и состав контрольно-измерительной аппаратуры, устанавливаемой на гидротехнических сооружениях, должны определяться проектом. Данные наблюдений по контрольно-измерительной аппаратуре, а также данные визуальных наблюдений должны заноситься в автоматизированную систему диагностического контроля. В сроки, установленные проектом и в предусмотренном им объеме, на всех гидротехнических сооружениях должны вестись наблюдения: 251 • за осадками и смещениями сооружений и их оснований; • деформациями сооружений и облицовок; • режимом уровней бьефов гидроузла, фильтрационным режимом в основании и теле грунтовых, бетонных сооружений и береговых примыканий, работой дренажных и противофильтрационных устройств, режимом грунтовых вод в зоне сооружений; • воздействием потока на сооружения, дно и берега; • воздействием льда на сооружения и их обледенением. На гидротехнических сооружениях I класса, расположенных в районах с сейсмичностью 7 баллов и выше, и на сооружениях II класса в районах с сейсмичностью 8 баллов и выше должны проводиться следующие виды специальных наблюдений и испытаний: • инженерно-сейсмометрические наблюдения за работой сооружений и береговых примыканий (сейсмометрический мониторинг); • инженерно-сейсмологические наблюдения в зоне ложа водохранилища вблизи створа сооружений и на прилегающих территориях (сейсмологический мониторинг); • тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов. После каждого сейсмического толчка интенсивностью 5 баллов и выше должны оперативно регистрироваться показания всех видов контрольно-измерительной аппаратуры, установленных в сооружении, с осмотром сооружения и анализом его прочности и устойчивости. Осмотры гидротехнических сооружений и их оборудования должны проводиться с периодичностью не реже 1 раза в 7 дней – для сооружений I и II классов, и 2 раз в месяц – для сооружений III и IV классов. В предпаводковый период и при подготовке к зиме эксплуатирующая организация должна организовать комплексный осмотр сооружений. Обследование подводных частей сооружений и туннелей на всей их поверхности должно производиться через 2 года после начала эксплуатации, и каждые последующие 5 лет. Система мониторинга безопасности для водоподпорных ГТС (плотин) включает в себя: 1) контроль соответствия контролируемых параметров их предельно допустимым значениям; 2) контроль состояния всех систем сооружения; 3) контроль нагрузок и внешних воздействий на сооружение; 252 4) контроль фильтрационного режима в плотине, основании и береговых примыканиях; 5) контроль деформирования плотины и массивов, ее вмещающих (общие деформации плотины и снования); 6) контроль температурного режима плотины и основания; 7) наблюдение за монолитностью плотины; 8) контроль водного баланса плотины; 9) контроль влияния плотины на окружающую среду. Натурные наблюдения проводят визуальными и инструментальными методами. Для ГТС I, II и III классов, как правило, используют автоматизированные системы контроля их состояния (АСК). ГТС IV класса оснащают контрольно-измерительной аппаратурой при специальном обосновании. В случае невозможности создания АСК на сооружениях этих классов применяют информационно-диагностические системы контроля с ручным вводом данных наблюдений. Мониторинг безопасности состояния водоподпорных ГТС должен включать в себя: • регулярные взаимоувязанные контрольные наблюдения за состоянием ГТС, их оснований, береговых сопряжений в нижнем и верхнем бьефах; • сбор, накопление и хранение данных наблюдений; • создание и ведение базы данных наблюдений; • сопоставление измеренных значений диагностических показателей состояния ГТС с их критериальными значениями; • оперативную оценку состояния ГТС, их оснований и береговых сопряжений; • информирование органов, заинтересованных в безаварийном состоянии ГТС на местном (локальном), региональном (территориальном) и федеральном уровнях. Основные показатели состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, контролируемые в процессе мониторинга безопасности, представлены в нормативных документах: 1. Перечень основных показателей нагрузок и воздействий на ГТС приведен в СНиП 2.06.01. 2. Перечень основных показателей состояния водоподпорных гидротехнических сооружений и развития опасных процессов в грунтовых массивах, контролируемых в процессе мониторинга, представлен в СНиП 2.02.02, СНиП 2.06.01, СНиП 2.06.05, СНиП 2.06.06. 253 3. Состав, наименование и способы измерения показателей состояния ГТС, контролируемых в процессе мониторинга, приведен в ГОСТ Р 22.1.11–2002. Средства измерений: деформометр, гидростатический нивелир, гидрометрическая вертушка, закладные тензометры (рис. 10.3). а б в г Рис. 10.3. Средства измерений для мониторинга состояния водопроводных ГТС: а – деформометр; б – гидростатический нивелир; в – гидрометрическая вертушка; г – закладной тензометр 10.4.2. Общие требования к системе прогнозирования возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС (плотинах) К основным потенциально опасным гидротехническим сооружениям относятся плотины, водозаборные и водосборные сооружения (шлюзы). Разрушение (прорыв) ГТС происходит в результате действия следующих факторов: 254 • силы природы (землетрясений, ураганов, размывов плотин); • воздействия человека (нанесения ударов ядерным или обычным оружием по гидротехническим сооружениям, крупным естественным плотинам, диверсионных актов); • конструктивных дефектов или ошибок проектирования. Частота проявления аварийных факторов на плотинах, %: разрушение основания .......................................................................40 недостаточность водосбросов ............................................................23 конструктивные недостатки................................................................12 неравномерная осадка ........................................................................10 высокое пороговое (капиллярное) давление в намытой плотине .....5 военные действия ..................................................................................3 сползание откосов .................................................................................2 дефекты материалов .............................................................................2 землетрясения .......................................................................................1 неправильная эксплуатация .................................................................2 всего ...................................................................................................100 Последствиями гидродинамических аварий являются: • повреждение и разрушение гидроузлов и кратковременное или долговременное прекращение выполнения ими своих функций; • поражение людей и разрушение сооружений волной прорыва, образующейся в результате разрушения гидротехнического сооружения, имеющей высоту от 2 до 12 м и скорость движения от 3 до 25 км/ч (для горных районов – до 100 км/ч); • катастрофическое затопление обширных территорий слоем воды от 0,5 до 10 м и более. Прогнозирование возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС осуществляет проектная организация и организации, специально уполномоченные федеральными органами исполнительной власти на его проведение в целях обеспечения безопасности ГТС, населения и территорий, прилегающих к нижним бьефам плотин с учетом изменения параметров бьефов. Прогнозирование развития, масштабов возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС включает в себя: • прогнозирование степени разрушения ГТС; • прогнозирование параметров волны прорыва, образующейся при разрушении ГТС; 255 • прогнозирование поставарийного состояния русла и поймы в возможной зоне затопления; • сбор, хранение и обработку исходных данных для уточнения прогноза вследствие изменения условий жизнедеятельности в нижнем бьефе; • прогнозирование последствий аварий для населения и территории в зоне возможного затопления. Перечень основных прогнозируемых параметров аварии (волны прорыва) на водоподпорных гидротехнических сооружениях, определяющих размеры бедствия и ущерб в зоне возможного затопления, приведен в табл. 10.2. Таблица 10.2 Основные прогнозируемые параметры гидродинамической аварии (волны прорыва) на водоподпорных ГТС № Наименование параметров п/п волны прорыва 1 Ширина прорыва в ГТС, м 2 3 4 5 6 7 8 9 256 Характер воздействий волны прорыва Степень затопления и разрушений, потерь То же Максимальная глубина затопления от волны прорыва в нижнем бьефе гидроузла, м Максимальная скорость течения воды в вол- Степень разрушений не прорыва в нижнем бьефе гидроузла, м/с Время добегания фронта волны прорыва до Количество пострадавшествора объекта воздействия (время начала го населения, безвозвратзатопления объекта), ч ные и санитарные потери. Материальный ущерб То же Время достижения максимальной высоты волны прорыва, ч Температура воды в волне прорыва,°C Степень воздействия на живые организмы, потери Время существования волны прорыва. Про- Величина общего ущерба. Санитарно-гигиеническое должительность затопления, ч, сут и эпидемическое состояние территории в зоне затопления Величина падения уровня воды в верхнем Состояние местности в бьефе, м верхнем бьефе То же Скорость падения уровня воды в верхнем бьефе, м/ч Основными характеристиками возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС, прогнозируемых и контролируемых в процессе мониторинга безопасности, являются: 1. Наименование населенных пунктов, типовых объектов, попадающих в зону возможного затопления (ЗВЗ) с указанием: • количества разрушенных деревянных, кирпичных, панельных, административных, социально-бытовых зданий; • площади незастроенных территорий (км2) в ЗВЗ; • промышленной зоны в ЗВЗ; • коммуникаций в ЗВЗ; • количество погибших, оставшихся без крова, временно отселенных, эвакуированных (чел.); • площади сельскохозяйственных угодий; • лесного фонда; • автомобильных и железных дорог (пог.м), мостов; • нефте-, газо- и водопроводов (пог.м); • ЛЭП, узлов связи; • гидротехнических сооружений; • других хозяйственных объектов; • поставарийного состояния верхних и нижних бьефов гидроузлов. 2. Количество и размер объекта в зоне возможного затопления (ЗВЗ). 3. Степень разрушения объекта в ЗВЗ (слабая, средняя, сильная, %). 4. Прогнозирумый ущерб в ценах текущего года, тыс. (млн.) руб. 5. Размер ЗВЗ (территорий) протяженность, км; ширина (средняя), км; площадь, км2; высота максимальных уровней воды, м. 6. Продолжительность затопления в ЗВЗ, ч, сут. Примеры аварийных ситуаций на ГТС представлены в табл. 10.3. Таблица 10.3 Примеры аварийных ситуаций на ГТС Вид и место аварии Месяц, год Прорыв плотины Тирлян- Август 1994 г. ского водохранилища на р. Белой, Башкирия Прорыв дамбы на хвосто- Ноябрь 1999 г. хранилище ОАО «Качканар» ГОК «Ванадий» (Свердловская область) Последствия Затоплено 4 населенных пункта, 29 чел. погибло, 786 – осталось без крова, ущерб более 10 млрд руб. На рельеф местности и частично в р. Выя вынесено 143,1 тыс. м3 хвостов. Затоплены близлежащие территории возле гг. Лесной, Качканар, Нижняя Тура. Ущерб, причиненный окружающей среде, составил около 100 млн руб. 257 Окончание табл. 10.3 Вид и место аварии Прорыв дамбы у Архангельского целлюлознобумажного комбината Прорыв дамбы на р. Мрас-Су в Кемеровской области Прорыв дамбы в Кочубеевском р-не Ставропольского края Сброс воды на Княжегубской ГЭС Прорыв дамбы озера Сасык-Сиваш, г. Евпатория Прорыв дамбы водохранилища в Белогорском районе, Крым Авария на СаяноШушенской ГЭС, полностью разрушен второй гидроагрегат, еще несколько получили серьезные повреждения Месяц, год Последствия Март 2005 г. Сильное загрязнение Северной Двины и прибрежной полосы Май 2005 г. В зоне подтопления в общей сложности оказались 175 домов, число жителей 3,5 тыс. чел. Июнь 2006 г. Была перекрыта федеральная трасса «Кавказ» Июнь 2006 г. Затопление пос. Ковда Июль 2006 г. Затоплены дома в г. Евпатория и селах Орлянка и Охотниково Июль 2006 г. Имеются жертвы, затоплены сотни домов Август 2009 г. Погибло 75 чел., затраты на восстановление ГЭС могут превысить 40 млрд руб. 10.4.3. Расчет волны прорыва при разрушении плотины По своей физической сущности волна прорыва представляет собой неустановившееся движение потока воды, при котором глубина, ширина, уклон поверхности и скорость течения изменяются во времени (рис. 10.4). Высота волны прорыва и скорость ее распространения зависят от объема и глубины водохранилища, площади зеркала водного бассейна, размеров прорана, разницы уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, гидрологических и топографических условий русла реки и ее поймы. В районе нулевого створа (тела плотины) высота волны прорыва (Нв.п) определяется по формуле Нв.п = 0,6(Н – Нн.б), где Н – глубина водохранилища у плотины, м; Нн.б – высота нижнего бьефа, м. Высота волны прорыва, как правило, находится в пределах 2–12 м и может достигать 10–30 м. Скорость распространения волны прорыва составляет 3–25 км/ч, а для горных и предгорных районов – до 100 км/ч. 258 Рис. 10.4. Волна прорыва и ее сущность Метод 1. Расчет волны прорыва и зоны затопления при прорыве (разрушении) плотины водохранилища. Исходные данные для расчетов: • объем водохранилища W, м3; • глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H, м; • ширина прорана или участка перелива воды через гребень плотины – Вз,м; • средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V, м/с; • расстояние от плотины (водоема) до объекта R, км. При этом определяются параметры волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R от плотины (см. рис. 10.4) при ее разрушении. Последовательность расчетов: 1. Время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние R (до объекта) tпр = R , 3600V где tпр – время подхода воды прорыва, ч; R – расстояние от плотины до объекта, км; V – средняя скорость движения волны прорыва, м/с. Значение V = 2,5…5 м/с принимается для зон чрезвычайно опасного и опасного затоплений; для участков возможного затопления V = 1,5…2,4 м/с. 2. Определяется высота волны прорыва (попуска) h на расстоянии R до объекта: 259 h = mH, где m – коэффициент, зависящий от расстояния ГТС до объекта (табл. 10.4). Таблица 10.4 Значения коэффициентов m и m1 при различных расстояниях от плотины до объекта Коэффициент m m1 > 25 0,25 1 Расстояние от плотины до объекта R, км 25 50 100 150 200 0,2 0,15 0,075 0,05 0,03 1,7 2,6 4 5 6 250 0,02 7 3. Время опорожнения водохранилища (водоема) находится по формуле W T= , 3600 NBз где T – время опорожнения водохранилища, ч; N – максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (участка перелива воды через гребень плотины), м3/с на 1 м, определяемый по табл. 10.4; Вз – ширина прорана, м. Таблица 10.5 Максимальный расход воды на 1 м ширины прорана H, м N, м3/с на 1м 5 10 10 30 25 125 50 350 4. Рассчитывается продолжительность (время) прохождения волны прорыва (попуска) t на заданном до объекта расстоянии R: t = m1T, m1 – коэффициент, зависящий от расстояния до плотины (водоема) (см. табл. 10.4). По данным расчета в соответствии с таблицей могут быть определены степень разрушения элементов объекта при гидродинамической аварии (приложение 8, табл. 5). Пример. Объем водохранилища W = 70·106 м3, ширина прорана B3 = 100 м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H = 50 м, средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V = 5 м/с. Определить параметры волны прорыва (попуска) на расстоянии R = 25 км от плотины до объекта экономики при ее разрушении. 260 Решение: 1. Время подхода волны прорыва (попуска) на заданное расстояние (до объекта) R = 25 км: tпр = R/V = 25·103/5·3600 = 1,4 (ч). 2. Высота волны прорыва (попуска). По табл. 10.4 при R = 25 км находим коэффициент m = 0,2 и тогда h = m·H и h = 0,2·H = 0,2·50 = 10 (м). 3. Время опорожнения водохранилища T = W/3600NBз. Находим значение N по табл. 10.5 при H = 50 м: N = 350 м3/с на 1 м. Тогда T = 70·106/ 350·100·3600 = 0,55 (ч). 4. Продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t до объекта на расстоянии R и время опорожнения водохранилища T. По табл. 10.4 при R = 25 км определим коэффициент m1 = 1,7: t = m1·T и t = 1,7·T = 1,7· 0,55 = 1 (ч). Ответ: h = 10 м; tпр = 1,4 ч; T = 0,55 ч; t = 1 ч. Метод 2. Расчет волны прорыва и зоны наводнения (затопления) при разрушении ГТС на малых и больших реках. Данная упрощенная методика используется в расчетах на ЭВМ применительно к ГТС (плотина, дамба, запруда и т.п.) на малых и больших реках, а также к грунтовым напорным сооружениям. В этом случае при разрушении ГТС и при недостаточном водосбросе (перелив воды через гребень плотины) также образуется волна прорыва (см. рис. 10.4), характеризуемая параметрами – высотой и скоростью. Исходные данные для расчетов: • высота плотины или высота уровня воды в верхнем бьефе плотины (уровень воды в водохранилище) Н0, м; • параметр прорана в безразмерном виде (l – длина плотины) В = Bз/l; • гидравлический уклон реки i; • удаленность створа объекта от ГТС L, км; • высота месторасположения объекта hм, м. Последовательность расчетов: 1. Определяется высота волны прорыва h, м: h= A1 , B1 + L 261 где А1 и В1 – коэффициенты, зависящие от H0, B и i, значения которых находятся по табл. 6 приложения 8. 2. Находится скорость волны прорыва (V, м/с): A2 , V= B2 + L где А2 и В2 – коэффициенты, зависящие от H0, B и i, значения которых находятся по табл. 6 приложения 8. Время подхода гребня волны tгр и фронта волны tфр прорыва определяются по табл. 7 приложения 8 при известных L, H0, i. 4. Продолжительность затопления территории объекта (tзат, ч) рассчитывается по формуле tзат = β(tгр – tф)(1 – hм / h), где β – коэффициент, зависящий от высоты плотины (Н0) и отношения iL/H0, находится по табл. 10.6. Таблица 10.6 Значения коэффициента β iL/H0 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 Высота плотины (H0) в долях от средней глубины реки в нижнем бьефе (h0) Н0 = 20 h0 Н0 = 10 h0 15,5 18,0 14,0 16,0 12,5 14,0 11,0 12,0 9,5 10,8 8,3 9,9 5. Степень разрушения элементов объекта экономики (здания, оборудования, сети КЭС и т. п.) в зависимости от скорости и высоты волны прорыва (см. рис. 10.4) находится по табл. 5 приложения 8. Пример. В результате весеннего половодья произошел подъем уровня воды в реке Ижорка, через которую наведен металлический мост. Близ реки расположен пос. Коптяевка, недалеко от которого имеется водохранилище с плотиной. После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде – В = 0,5 началось резкое увеличение уровня воды в р. Ижорке, и гидропоток воды устремился к пос. Коптяевка. Известны высота уровня воды в верхнем бьефе плотины Н0 = 80 м, удаление створа объекта от плотины L = 5 км, гидравлический уклон водной поверхности реки i = 1·10–3, а также высота месторасположения объекта hм = 2 м, 262 максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта hзат = 8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта, hср = 5 м. Объект экономики: здания – каркасные панельные; склады – кирпичные; оборудование – сети КЭС: кабель подземный. В поселке 57 одноэтажных кирпичных домов, их подвалы – каменные. В каждом доме проведены трубы газоснабжения. В поселке проходит дорога с асфальтобетонным покрытием. Определить параметры волны прорыва: высоту, скорость и степень возможных разрушений на объекте и в поселке. Решение: 1. Высота волны прорыва (см. рис. 10.4) A1 . h= B1 + L Из табл. 6 приложения 8 для В = 0,5, Н0 = 80 м, i = 1·10–3 находим А1 = 320, В1 = 166. Тогда h = 4,45 (м). 2. Скорость волны прорыва A2 . V= B2 + L Из табл. 6 приложения 8 для В = 0,5, Н0 = 80 м, i = 1·10–3 находим А2 = 61, В2 = 52. Тогда V = 0,858 (м/с). 3. Время прихода гребня (tгр) и фронта (tфр) волны прорыва. Определяем по табл. 7 приложения 8 при Н0 = 80 м, L = 5 км, i = 1·10–3, что tгр = 0,2 ч = 12 мин и tфр = 0,1 ч = 6 мин. 4. Время (продолжительность) затопления территории объекта: tзат = β(tгр – tфр)(1 – hм / h). Коэффициент β находим по табл. 10.6 при Н0/h0 = 80/8 = 10, т.е. при H0 = 10 h0 и отношении iL/H0 = 10–3·5000/80 = 0,0625. Следовательно, при iL/H0 = 0,0625 и H0 = 10 h0 по табл. 10.6 коэффициент β найдем методом интерполяции: β = 14 + (15,5 – 14)(0,0625 – 0,05) / (0,1 – 0,05) = = 14 + 1,5·0,0125/0,05 = 14,375. Тогда tзат = 14,375·(0,2 – 0,1)(1 – 2 / 4,45) = 0,79 (ч) = 47,4 (мин). 5. Возможные разрушения волны прорыва находят также по табл. 7 приложения 8 при h = 4,45 и V = 0,858 м/с. Ответ: а) на объекте: здания получат слабые разрушения, склады – сильные разрушения; б) в поселке: дома, мост, дорога – сильные разрушения. 263 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Как называются аварии на гидротехнических сооружениях при разрушении (прорыве), несущие разрушения и затопления обширных территорий? 2. Какие объекты относятся к промышленным гидротехническим сооружениям? 3. Приведите пример водоподпорного ГТС. 4. Что относится к объектам мониторинга безопасности ГТС? 5. Какой из инстанций устанавливается класс ГТС? 6. Для какого класса ГТС должна должна быть организована группа натурных наблюдений (служба мониторинга)? 7. Перечислите основные составляющие системы мониторинга безопасности накопителей жидких отходов для штатного режима работы. 8. С какой периодичностью производится контроль уровня и качества воды в скважинах наблюдательной сети для накопителей, в которые поступает поверхностный сток? 9. В каком документе задаются физико-механические показатели намываемого грунта, подлежащие определению в соответствии с классом сооружения? 10. Как должны быть размещены створы ведения контрольных наблюдений и замеров при намыве на накопителе? 11. Зачем должны вестись наблюдения на водоподпорных ГТС (плотинах)? 12. Как часто должны проводиться осмотры водоподпорных гидротехнических сооружений и их оборудования? 13. Какие водоподпорные ГТС относятся к основным потенциально опасным гидротехническим сооружениям? 14. Перечислите, в результате каких воздействий происходит разрушение (прорыв) гидротехнических сооружений? 15. Какая инстанция осуществляет прогнозирование возможных последствий гидродинамических аварий на водоподпорных ГТС? 16. Приведите пример гидродинамической аварии на водоподпорном ГТС. 17. Какие явления относятся к последствиям гидродинамических аварий? 264 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. СНиП 33-01–2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. 2. О безопасности гидротехнических сооружений: Федер. закон от 21.07.1997 № 117-ФЗ. 3. ГОСТ Р 22.1.11–2002. Мониторинг состояния водоподпорных гидротехнических сооружений (плотин) и прогнозирование возможных последствий гидродинамических аварий на них. Общие требования. 4. ПБ 03-438–02. Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов: утв. Постановлением Гостехнадзора России от 28.01.2002 № 6. 5. Об организации государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений: Постановление Правительства РФ от 16.10.1997 № 1320 // Собр. законодательства Рос. Федерации. – 1997. – № 42, ст. 4794. 6. Порядок определения размера вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии гидротехнического сооружения: утв. приказом М-ва РФ по делам гражд. обороны, чрезв. ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, М-ва энергетики РФ, М-ва природ. ресурсов РФ, М-ва транспорта РФ и Федерального горн. и пром. надзора России от 18.05.2002 № 243/150/270/68/89, зарегистрированным в М-ве юстиции РФ 03.06.2002, № ГР 3493. 7. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации: утв. приказом М-ва энергетики РФ от 19.06.2003 № 229, зарегистрированным в Министерстве юстиции Российской Федерации 20.06.2003 № ГР 4799. 8. СТП ВНИИГ 210.02.НТ–04. Методические указания по проведению анализа риска аварий гидротехнических сооружений. – СПб., 2005. 9. Защита населения в чрезвычайных ситуациях: метод. разработка для студ. всех спец. днев. формы обучения / Нижегород. гос. техн. ун-т; сост.: В.Б. Чернецов, В.А. Горишний, Л.Н. Борисенко, А.Л. Стешин. – Н. Новгород, 2010. 10. Оценка инженерной обстановки в условиях ЧС: метод. разработка / Нижегород. гос. техн. ун-т; сост.: В.А. Горишний, В.Б. Чернецов, В.В. Волков, Л.Н. Борисенко. – Н. Новгород, 2005. 265 Тема 11. МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Безопасность питьевого водоснабжения является одной из главных составляющих безопасности населения. Главной целью при обеспечении населения России питьевой водой является бесперебойное, гарантированное удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в необходимом количестве с качеством, соответствующим нормативам физиологических, санитарно-гигиенических и хозяйственно-питьевых нужд. Решение вопросов надежного и устойчивого качественного обеспечения населения питьевой водой было и остается на протяжении многих десятилетий серьезной проблемой. При оценке существующего состояния систем питьевого водоснабжения и водоотведения (по данным МПР РФ и Госстроя РФ) прежде всего отмечаются проблемы, связанные с несоответствием требованиям к нормативному качеству воды. По данным НИИ «ВОДГЕО», в настоящее время в России насчитывается 1097 городов, около 2 тыс. поселков городского типа и более 24 тыс. сельских администраций. Водопроводы с водозабором из поверхностных водных объектов обеспечивают подачу 68 % всей водопроводной воды городскому населению, главным образом крупных городов. Из подземных источников обеспечивается подача 32 % водопроводной воды коммунальных и ведомственных водопроводов. Во многих городах России эксплуатируются системы централизованного водоснабжения с охватом ими таких потребителей, для которых не требуется вода питьевого качества. Установленный Строительными нормами и правилами норматив водопотребления 220–230 л/чел. в сутки повсеместно значительно превзойден и с учетом потерь воды его фактическая величина в жилом фонде составляет 380–420 л/чел. в сутки. Водоснабжение сельских населенных пунктов базируется, в основном, на использовании подземных вод 7,5 млн м3/сут – 88 % от общего объема водопотребления, из поверхностных источников забирается до 1,3 млн м3 /сут – 12 %. На большинстве эксплуатируемых централизованных водопроводов вода не соответствует требованиям СанПиН. Требуется совершенствование реагентной обработки воды, необходима реконструкция станций очистки воды и насосных станций перекачек, отработавших свой амортизационный срок. Свыше 70 % водоводов и разводящих сетей находятся в ветхом состоянии. 266 Системы централизованного водоснабжения (всего 93 тыс.) в сельской местности представлены, в основном, локальными водопроводами. Внутренним водопроводом оборудованы 40 % жилого фонда сельских населенных пунктов, канализацией – 30 %. Водопользование из водозаборных колонок осуществляют 35 % сельских жителей, 25 % сельского населения пользуется водой из шахтных и мелкотрубчатых колодцев, открытых водоемов и родников. В отдельных районах используется привозная вода в объеме 130 тыс. м3/сут. Всего в сельской местности пользуются водой, не соответствующей стандартам качества, 29,5 млн чел., из них 9,0 млн чел. получают воду непитьевого качества из децентрализованных источников и 20,5 млн чел. – из централизованных систем водоснабжения. Потребление воды, не соответствующей гигиеническим нормативам качества, определяет неблагополучное санитарно-эпидемиологическое состояние многих сельских населенных пунктов России. Доля проб воды из источников питьевого водоснабжения, не отвечающей гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, в целом по стране составляет 28,4 % (в том числе поверхностных – 27 %); по микробиологическим показателям – 9,1 (21,6 %). Наиболее распространенным показателем низкого качества питьевой воды является повышенное содержание солей, железа, марганца, фтора, йода, селена, стронция. До 30 % населения использует индивидуальные фильтры или бутилированную воду либо привозит воду для питьевых целей из имеющихся нецентрализованных источников (родники, колодцы и т.д.). В современных условиях появляются новые факторы, определяющие необходимость дополнительных мер по обеспечению безопасности разных категорий водопользователей. К этим факторам можно отнести изменение ответственности за водоснабжение между регионами и федеральным центром, появление частных операторов на рынке водоснабжения; расширяющееся использование альтернативных технологий питьевого водоснабжения, в частности бутилирование воды; увеличение доли коттеджной застройки вблизи крупных городов и др. Методы и средства снабжения населения питьевой водой разрабатываются применительно к региональным особенностям и экономически финансовым возможностям региона. Различают следующие виды водоснабжения: 1) по типу источников водоснабжения: поверхностное, подземное, смешанное; 2) по типу системы водоснабжения: централизованное, децентрализованное, смешанное; 267 3) по запасам воды в источниках: достаточное для развития города; достаточное для существования города; недостаточное; 4) по типу собственности систем: государственная, частная, смешанная. Целью мониторинга безопасности систем питьевого водоснабжения является обеспечение населения питьевой водой в достаточном количестве и качестве, в соответствии с ГОСТ Р 51232–98 «Питьевая вода. Общие требования к организации и методам контроля качества»; СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» и др. Под нормативным качеством питьевой воды понимают благоприятные органолептические свойства, безопасность в эпидемиологическом и радиационном отношении и безвредность по химическому составу. 11.1. Организация мониторинга качества питьевой воды в штатном режиме работы систем водоснабжения 11.1.1. Пространственная, временная и параметрическая структура контроля безопасности питьевого водоснабжения Организациями, координирующими и осуществляющими мониторинг безопасности питьевой воды на территориальном уровне, являются организации, эксплуатирующие систему водоснабжения, и Центр гигиены и эпидемиологии (ЦГиЭ) Роспотребнадзора, осуществляющий санитарно-эпидемиологический надзор и социально-гигиенический мониторинг. Санитарно-эпидемиологический надзор – деятельность по контролю, соблюдению нормативных требований в процессе проектирования, строительства, эксплуатации инженерных сооружений, обеспечивающих нормативное качество питьевой воды. Социально-гигиенический мониторинг – деятельность структуры по получению информации о качестве среды обитания человека и его здоровья. Различают централизованную, нецентрализованную и автономную системы питьевого водоснабжения. Централизованная система питьевого водоснабжения – комплекс инженерных сооружений, включающий в себя водозабор, водоподготовку, хранение, ее подачу в распределительную сеть. 268 Нецентрализованная система – устройства и сооружения (колодец, скважина, водоочистная установка и др.) для забора и подготовки питьевой воды, без подачи ее к местам расходования и открытые для общего пользования гражданами и(или) юридическими лицами; Автономная система – комплекс сооружений для забора и получения питьевой воды с подачей (без подачи) ее к месту расходования, находящиеся в индивидуальном пользовании (для отдельного дома, фермерского хозяйства, дачного участка или иного отдельного объекта). Пространственная сеть наблюдения за качеством питьевой воды: 1. ЦГиЭ организует пункты наблюдений (отбора проб воды) в местах водосбора, перед поступлением воды в распределительную сеть, в распределительной сети (контроль из различных водозаборных устройств), в точках водозабора. 2. Организация, эксплуатирующая систему водоснабжения, контролирует источники водоснабжения в местах водозабора, осуществляет технологический контроль на всех этапах водоподготовки и перед поступлением в распределительную сеть, в том числе в местах подъема второго уровня (насосные станции для отдаленных участков). Периодичность наблюдений зависит от расположения контрольных точек, типа источника водоснабжения, количества жителей и группы показателей, характеризующих нормативное качество питьевой воды (табл. 11.1). Таблица 11.1 Периодичность наблюдений в контрольной точке в местах водосбора Вид показателей Микробиологические Паразитарные Органолептические Обобщенные Неорганические Радиологические Количество проб в год (периодичность) Поверхностные источники Подземные источники 12 (раз в месяц) 4 (раз в квартал) 12 (раз в месяц) Не проводятся 12 (раз в месяц) 4 (раз в квартал) 12 (раз в месяц) 4 (раз в квартал) 4 (раз в квартал) 1 раз в год 1 раз в год 1 раз в год Виды определяемых показателей и количество исследуемых проб питьевой воды перед ее поступлением в распределительную сеть устанавливаются с учетом требований, указанных в табл. 11.2. 269 Таблица 11.2 Определяемые показатели и количество исследуемых проб (в течение одного года, не менее) питьевой воды перед ее поступлением в распределительную сеть Вид показателей Микробиологические Паразитологические Органолептические Обобщенные Неорганические и органические вещества Связанные с технологией водоподготовки Численность населения, обеспечиваемого источником водоснабжения, тыс. чел. Подземные источники Поверхностные источники до 20 20–100 свыше 100 до 100 свыше 100 50 (1) 150 (2) 365 (3) 365 (3) 365 (3) Не проводятся 12 (4) 12 (4) 50 (1) 150 (2) 365 (3) 365 (3) 365 (3) 4 (4) 6 (5) 12 (6) 12 (6) 24 (7) 1 1 1 4 (4) 12 (6) Остаточный хлор, остаточный озон – не реже одного раза в час, остальные реагенты не реже одного раза в смену Радиологические 1 1 1 1 1 Примечания. Принимается следующая периодичность отбора проб воды: (1) – еженедельно, (2) – три раза в неделю, (3) – ежедневно, (4) – один раз в сезон года, (5) – один раз в два месяца, (6) – ежемесячно, (7) – два раза в месяц. При отсутствии обеззараживания воды на водопроводе из подземных источников, обеспечивающем водой население до 20 тыс. чел., отбор проб для исследований по микробиологическим и органолептическим показателям проводится не реже одного раза в месяц. Контроль качества питьевой воды в распределительной водопроводной сети проводится по микробиологическим и органолептическим показателям. Частота отбора проб в зависимости от численности населения (тыс. чел) следующая: до 10 .......................................................................................................2 10–20 ....................................................................................................10 20–50 ....................................................................................................30 50–100 ................................................................................................100 более 100........................................................ 100 + 1 проба на каждые 5 тыс. чел., свыше 100 тыс. населения В число проб не входят обязательные контрольные пробы после ремонта и иных технических работ на распределительной сети. 270 Отбор проб в распределительной сети проводят из уличных водоразборных устройств на наиболее возвышенных и тупиковых ее участках, а также из кранов внутренних водопроводных сетей всех домов, имеющих подкачку и местные водонапорные баки. 11.1.2. Выбор показателей для контроля На первом этапе организацией, осуществляющей эксплуатацию системы водоснабжения, совместно с ЦГиЭ анализируются следующие материалы за период не менее трех последних лет: 1) государственная статистическая отчетность предприятий и организаций, а также иные официальные данные о составе и объемах сточных вод, поступающих в источники водоснабжения выше места водозабора в пределах их водосборной территории; 2) отчеты органов охраны природы, гидрометеослужбы, управления водными ресурсами, геологии и использования недр, предприятий и организаций о качестве поверхностных, подземных вод и питьевой воды в системе водоснабжения по результатам осуществляемого ими мониторинга качества вод и производственного контроля; 3) отчеты ЦГиЭ по результатам санитарных обследований предприятий и организаций, осуществляющих хозяйственную деятельность и являющихся источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, а также по результатам исследований качества вод в местах водопользования населения и в системе водоснабжения; 4) отчеты органов управления и организаций сельского хозяйства об ассортименте и валовом объеме пестицидов и агрохимикатов, применяемых на территории водосбора (для поверхностного источника) и в пределах зоны санитарной охраны (для подземного источника). На основании проведенного анализа составляется перечень веществ, характеризующих химический состав воды конкретного источника водоснабжения и имеющих гигиенические нормативы в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074–01 [3, прил. 2]. На втором этапе индивидуальные предприниматели и юридические лица, осуществляющие эксплуатацию системы водоснабжения, проводят расширенные лабораторные исследования воды по составленному перечню химических веществ, а также по показателям, приведенным в СанПиН 2.1.4.1074–01 [3, табл. 2]. Для системы водоснабжения, использующей реагентные методы обработки воды, при проведении расширенных исследований перед по- 271 дачей воды в распределительную сеть дополнительно включают показатели, указанные в СанПиН 2.1.4.1074–01 [3, табл. 3]. Расширенные лабораторные исследования воды проводятся в течение одного года в местах водозабора системы водоснабжения, а при наличии обработки воды или смешения воды различных водозаборов – также перед подачей питьевой воды в распределительную сеть. Минимальное количество исследуемых проб воды в зависимости от типа источника водоснабжения, позволяющее обеспечить равномерность получения информации о качестве воды в течение года, принимается: • для подземных источников – 4 пробы в год, отбираемых в каждый сезон; • для поверхностных источников – 12 проб в год, отбираемых ежемесячно. Центром гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора анализируются результаты расширенных исследований химического состава воды по каждой системе водоснабжения и с учетом оценки санитарногигиенических условий питьевого водопользования населения и санитарно-эпидемиологической обстановки на территории города, населенного пункта, района определяется потенциальная опасность влияния присутствующих в воде химических веществ на здоровье населения. На основании проведенной оценки ЦГиЭ разрабатывает предложения по перечню контролируемых показателей, количеству и периодичности отбора проб питьевой воды для постоянного контроля. 11.2. Мероприятия и требования к организации питьевого водоснабжения в нештатном режиме 11.2.1. Возможные аварийные ситуации в системе питьевого водоснабжения К основным видам аварийных ситуаций в системах питьевого водоснабжения относятся: • заражение водоисточников отравляющими веществами; • заражение водоисточников бактериальными средствами; • загрязнение воды радиоактивными веществами в результате аварий или нарушений штатных режимов работы на радиационно опасных объектах; • при вспышке инфекционных заболеваний; • при авариях на крупных хлорных хозяйствах и др. 272 В приложении 9 представлены минимальные физиолого-гигиенические нормы обеспечения населения питьевой водой при ее дефиците, вызванном заражением водоисточников или выходом из строя систем водоснабжения. Все элементы системы хозяйственно-питьевого водоснабжения (СХПВ) должны соответствовать следующим требованиям, обеспечивающим их повышенную устойчивость и высокую санитарную надежность: 1) устья всех водозаборных скважин должны быть загерметизированы; 2) ряд скважин должен иметь устройства для подключения насосов к передвижным электростанциям, а также патрубки на напорной линии для обеспечения залива передвижных цистерн; 3) ряд скважин должен быть подсоединен к резервным стационарным источникам электроснабжения, не отключаемым при обесточивании других потребителей электроэнергии; 4) конструкция водозабора поверхностных вод должна исключать подсасывание в оголовки самотечных линий донных и береговых отложений, плавающих на поверхности пленок, и мигрирующего по глубине воды планктона, концентрирующего в себе опасные для жизни и здоровья людей вещества и микроорганизмы (ОЛВ); 5) все резервуары питьевой воды (РПВ), как наземные, так и подземные, должны быть оснащены фильтрами-поглотителями (ФП). Следует обеспечить полную герметичность резервуаров, эффективную циркуляцию и обмен в них всей массы воды, что исключит отложение осадков и появление обрастаний. РПВ должны быть оснащены устройствами для раздачи воды в передвижную тару и иметь подъезды для автотранспорта; 6) должны быть обеспечены соответствующие условия для работы систем подачи и распределения воды (СПРВ) при разной производительности головных сооружений. СПРВ должны иметь устройства для отключения отдельных водопотребителей, устройства для раздачи питьевой воды из водоводов и магистральных трубопроводов с ФП в наиболее возвышенных точках, обводные линии у резервуаров, насосных и водоочистных станций, задвижки с дистанционным управлением для регулирования подачи воды по отдельным участкам СПРВ; 7) реагентные и хлорные хозяйства должны быть подготовлены к работе водоочистных станций (ВС) при заражении воды ОЛВ и к защите воздушной среды от загрязнения при авариях в хлорном хозяйстве; 273 8) лаборатории должны быть оснащены всем необходимым и подготовлены к осуществлению контроля за содержанием в воде ОЛВ и к контролю за качеством воды, подаваемой населению; 9) должен быть сформирован резерв передвижных дизельных электростанций для обеспечения автономного питания насосов водозаборных скважин и автоцистерн для перевозки питьевой воды, которые в штатных условиях работают в СХПВ или в других организациях и должны быть готовы оперативно переключаться на указанные работы при отключении водозаборных сооружений или авариях в СХПВ. Должна быть составлена схема водоснабжения города, отвечающая нормам, с указанием всех действующих объектов (водозаборы, насосные станции, ВС, РПВ, водонапорные башни и др.) при различных режимах работы: в условиях штатной эксплуатации, при отключении в определенной последовательности отдельных водопотребителей – промпредприятий, коммунально-бытовых служб, жилья и др., при снижении производительности СХПВ, при выключении из работы части или всех водозаборов и подключении резервных скважин с указанием мест разбора воды в передвижную тару из РПВ, водоводов и магистралей и др. Источники водоснабжения при ЧС и авариях. При выборе источников водоснабжения и оценке качества воды в них должны быть детально изучены причины и проанализированы возможные пути их загрязнения в результате нарушения штатных режимов работы и аварий на различных предприятиях народного хозяйства. Поверхностные водоисточники могут быть использованы только в случае дефицита подземных вод и если качество воды в них соответствует нормам. При несоответствии качества воды поверхностных источников или опасности периодического повышения их загрязнения такие водоисточники могут быть использованы только при наличии методов очистки воды, надежность которых подтверждена на месте специальными технологическими и гигиеническими исследованиями и испытаниями. Системы хозяйственно-питьевого водоснабжения должны базироваться не менее чем на двух независимых водоисточниках. Эти системы должны отвечать следующим общим требованиям: • для надежного обеспечения хозяйственно-питьевого водоснабжения населения должны использоваться в первую очередь все ресурсы подземных вод; 274 • поверхностные водоисточники могут быть использованы только в случае дефицита подземных вод, при этом доля поверхностных водоисточников в общем балансе водопотребления города не должна превышать 50 % общей производительности СХПВ; • в случае угрозы периодического загрязнения поверхностного водоисточника в составе сооружений СХПВ предусматривается применение наливных водохранилищ. Наливные водохранилища рекомендуется применять в СХПВ, имеющих в своем составе ВС, барьерная роль которых недостаточна, а также использующих системы искусственного пополнения запасов подземных вод (СИППВ); • каждый пункт раздачи воды в передвижную тару должен обслуживать территорию населенного пункта в радиусе не более 1,5 км; • точки на магистральной сети, в которых измеряется давление с передачей показаний на центральный диспетчерский пункт, должны располагаться на наиболее высоких отметках рельефа территории города. Водозаборы. Для СХПВ должны быть привлечены все наличные ресурсы подземных вод, в том числе содержащие природные примеси (железо, фтор, соли жесткости, сероводород, метан и др.), для которых разработаны методы очистки. При недостаточных эксплуатационных запасах подземных вод следует предусматривать возможность их увеличения за счет искусственного пополнения, а также привлечение к использованию отдельных подземных водозаборов, если это экономически обосновано. Использование подземных вод питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением, как правило, не допускается. В ЧС при загрязнении поверхностных источников ОЛВ в СХПВ могут использоваться подземные воды без очистки с повышенным содержанием некоторых природных примесей. Резервные водозаборные скважины в зависимости от местных условий могут быть присоединены непосредственно к городской водопроводной сети, подавать воду прямо в РПВ или в приспособленную для заполнения водой и транспортирования ее к потребителям передвижную тару. Резервные скважины должны быть постоянно задействованы, например, для залива цистерн поливомоечных машин, для подачи воды на технические нужды расположенным вблизи предприятиям или на другие нужды. На подземных водозаборах все эксплуатируемые и неэксплуатируемые скважины подлежат герметизации в том числе и те скважины, которые по качеству воды могут использоваться лишь в чрезвычайных ситуациях. 275 Для обеспечения бесперебойного и устойчивого водоснабжения в зависимости от устройства СХПВ, суммарной емкости РПВ, расположения водозаборов и т.п. заблаговременно намечаются водозаборные скважины, которые в случае выхода из строя основного источника энергоснабжения должны подключаться к резервному источнику. В целях повышения устойчивости работы СХПВ в периоды заражения или загрязнения источников воды ОЛВ, когда возникает необходимость в выключении из работы водозаборов, следует предусматривать наливные водохранилища, расположенные между водозабором и ВС или СИППВ. Устройство подобных водохранилищ особенно необходимо в случаях, когда СХПВ базируются более чем наполовину на поверхностном водоисточнике. Объем наливного водохранилища устанавливается с учетом прогнозируемого для данной местности периода заражения или загрязнения водоисточника, но не менее 10-суточного водопотребления населенного пункта, коммуникации должны обеспечивать поступление воды от НС 1-го подъема через наливное водохранилище на ВС и иметь обводные линии и переключения. Необходимый запас воды может быть создан также за счет устройства залива-водохранилища, оборудованного затворами для его отключения от реки на время заражения водоисточника. Водоочистные станции. Водоочистные станции, осуществляющие очистку поверхностной воды должны быть подготовлены и к очистке воды, зараженной ОВ и БС, а также по режимам специальной очистки воды (РСОВ) с использованием коагулянта, хлора и извести. Водоочистные станции, осуществляющие очистку подземных вод, находящиеся в зоне воздушного загрязнения ОЛВ, выключаются из работы, а вода из скважин направляется непосредственно в РПВ. Это предотвращает возможное загрязнение воды при контакте ее на очистных сооружениях с токсичными веществами, находящимися в воздухе. Резервуары питьевой воды. Водообеспечение населения за счет запасов питьевой воды, создаваемых в РПВ, осуществляется в случаях выключения из эксплуатации головных сооружений СХПВ, при нарушениях в работе ее отдельных элементов, в периоды перевода ВС на режимы специальной очистки воды, при недостаточной подаче питьевой воды из подземных источников водоснабжения и др. В качестве емкостей для хранения запасов питьевой воды должны использоваться подземные резервуары, резервуары водонапорных ба- 276 шен, водоводы и магистральные трубопроводы систем подачи и распределения воды. В общем объеме запасов питьевой воды в РПВ должен быть обеспечен неснижаемый запас питьевой воды на трое суток по норме не менее 10 л в сутки на человека для численности населения мирного времени с применением средств консервации воды для продления сроков ее сохранности. При недостаточном фронте существующих резервуаров должны быть построены дополнительные емкости. Наличие дополнительного количества резервуаров и увеличение их общей вместимости в штатных условиях эксплуатации СХПВ будут существенно способствовать выравниванию режима работы всей системы водоснабжения, сокращению энергозатрат, повышению санитарной надежности процессов очистки и транспортирования воды. Все РПВ оборудуются устройствами для отбора воды в передвижную тару. Расстояние между пунктами раздачи воды в передвижную тару должно быть не более 1,5 км. Отбор воды осуществляется из отводящего трубопровода в колодцах. К колодцам должен быть организован подъезд размером не менее 12×12 м для автонасоса с цистерной. Не реже одного раза в год в условиях штатной эксплуатации должна производиться проверка герметичности резервуаров, их чистка и дезинфекция, проверяться работоспособность ФП, устройств для раздачи воды, всей запорной арматуры, а также оборудования для консервации воды. Системы подачи и распределения воды (СПРВ). В каждой организации, эксплуатирующей СХПВ, должна быть схема СПРВ с указанием всех водоводов, магистральных трубопроводов, водопроводной сети, подземных резервуаров, водонапорных башен, насосных станций 2-го подъема и схема с нанесением по зонам расположения колодцев, нумерацией задвижек, управляющих устройств, обеспечивающих отключение или регулирование потоков воды из диспетчерского пункта и т.д. Ежегодно в СПРВ должен проводиться контроль состояния всех трубопроводов, осуществляться гидропневматическая или гидромеханическая очистка их внутренних поверхностей от обрастаний и отложений. В зависимости от интенсивности обрастаний и отложений устанавливается график очистки труб, с тем чтобы предотвратить их накопление и случаи залповых выносов к потребителям. 277 Лабораторный контроль за качеством воды в условиях ЧС. Организация и проведение лабораторного контроля осуществляются в соответствии с «Памяткой по организации и проведению контроля за радиоактивностью природной и питьевой воды и радиационным фоном в местах скопления осадков природных и сточных вод» (утв. приказом М-ва ЖКХ РСФСР в 1986 г. № 442), а определение степени заражения воды РВ, ОВ и БС производится в соответствии с методиками, изложенными в следующих документах: • инструкции по количественному определению зарина, зомана, VХ и иприта в продовольствии и питьевой воде; • методике экспрессного определения объемной и удельной активности бета-излучающих нуклидов в воде, продуктах питания, продукции растениеводства и животноводства методом «прямого» измерения «толстых проб»; • методическом пособии «Бактериологическая разведка и индикация бактериологических (биологических) средств» (М., 1972); • рекомендациях по организации и проведению лабораторного контроля зараженности радиоактивными, отравляющими веществами и бактериальными средствами пищевых продуктов, продовольственных товаров и воды объектовыми лабораториями министерств и ведомств. Определение других физико-химических показателей проводят по методикам, изложенным в сборнике «Вода питьевая. Методы анализа» [8]. Учитывая негативное влияние повышенных значений рН и остаточного хлора при проведении анализа воды, прошедшей очистку по РСОВ, пробы исследуемой воды предварительно дехлорируются и нейтрализуются. Вид возбудителя инфекционных заболеваний устанавливается соответствующей территориальной СЭС. Базовые лаборатории СХПВ и объектовые лаборатории крупных водоочистных станций проводят исследования воды на установленный в СЭС вид возбудителя и должны быть подготовлены к проведению бактериологических анализов на возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза, сибирской язвы, холеры, мелиоидоза и сапа. Исследования проводятся с использованием методов экспрессного и ускоренного анализов – метода флюоресцирующих антител (ФА) и реакции непрямой гемагглютинации (РНГА). Экспрессный анализ проводится только после механического концентрирования возбудителей из проб воды, которая фильтруется через мембранные фильтры с диамет- 278 ром пор 0,55–0,85 мкм (фильтрующие мембраны «Владипор» Казанского ПО «Тасма» им. В.В. Куйбышева и др.). Ускоренный анализ осуществляется после предварительного биологического обогащения пробы на соответствующих питательных средах согласно методическому пособию «Бактериологическая разведка и индикация бактериологических (биологических) средств». Для проведения анализов в целях своевременного обнаружения появления в источнике воды РВ и ОВ и определения содержания в питьевой воде РВ, ОВ и БС базовые и объектовые лаборатории крупных ВС, согласно Положению о базовой лаборатории для анализа воды водоисточников, питьевых и сточных вод, должны иметь специальные лабораторные помещения, укомплектованные всеми необходимыми приборами и специальным оборудованием. Контроль за содержанием ОЛВ 1-го и 2-го классов опасности ведется в специальных помещениях лабораторного корпуса. На базе химического отделения контролируются химические вещества в исходной и питьевой воде. В бактериологическом отделении контролируется наличие бактериальных загрязнений по виду возбудителя, установленному территориальной СЭС. Радиоактивные вещества контролируются постоянно на базе спецлаборатории, одновременно определяется радиационный фон на местности. При возрастании содержания РВ в воде проводится специальный радиометрический контроль. Определяется также содержание РВ в осадках отстойников и осветлителей, в загрузке фильтров, на сооружениях по обработке промывных вод и осадков на иловых площадках, а также в других возможных местах скопления РВ. Частота отбора проб устанавливается в зависимости от сложившейся ситуации по согласованию с территориальной СЭС. Дополнительно проводятся анализы на содержание РВ в осадках сточных вод, в том числе и для регистрации и предотвращения в дальнейшем случаев сброса РВ в систему водоотведения. На объектах СХПВ должен производиться систематический и надежный контроль за радиоактивностью природной и питьевой воды и радиационным фоном в местах скопления осадков, образующихся при очистке природных вод. Контроль проводится с учетом требований, изложенных в «Памятке по организации и проведению контроля за радиоактивностью природной и питьевой воды и радиационным фоном в местах скопления осадков природных и сточных вод»: 279 1) радиоактивность определяется в пробах природной и питьевой воды; 2) радиационный фон измеряется в местах, где производится отбор проб воды на анализ, а именно: на водозаборах, на ВС, при поступлении питьевой воды в СПРВ, на НС и в РПВ, в цехах обработки и складирования осадков, а также в местах скопления осадков, где возможен контакт с ними обслуживающего персонала, в том числе на плоских, ленточных и барабанных сетках, на микрофильтрах, в осадках отстойников, в фильтрующих загрузках и т.д. Радиационный фон должен измеряться также на местности, примыкающей к сооружениям, перед проведением профилактических и ремонтных работ на сооружениях; 3) определение радиоактивности воды и измерение радиационного фона проводятся один раз в неделю при численности населения до 20 тыс. чел.; три раза в неделю при численности населения до 50 тыс. чел.; ежедневно при численности населения более 50 тыс. чел. В случае расположения ВС в зоне влияния радиационно опасных объектов частота контроля должна быть увеличена. Результаты заносятся в журнал радиационных наблюдений по форме: Дата и время наблюдений Место Содержание отбора радиоактивных пробы и веществ в воде, измерения Ки/л фона Радиационный фон, мкР/ч Используемые приборы Примечание Систематически в течение года специалистами СХПВ с участием специалистов территориальных СЭС и территориальных органов ГО должны проводиться проверки уровня подготовки персонала лабораторий к выполнению анализов на присутствие в воде ОЛВ с использованием имитаторов, меченых проб и т.д. Порядок работы водоочистных станций при загрязнении воды радиоактивными веществами. При условиях загрязнения РВ территории водоочистной станции и водоисточника, не превышающего временно допустимые уровни (ВДУ), устанавливаемые Министерством здравоохранения РФ, порядок работы ВС не меняется. 280 При неизвестном составе РВ и возрастании их суммарного содержания в источнике воды до ВДУ в ЧС мирного времени в результате аварий на радиационно опасных объектах и до 2 ⋅10−6 Ки/л в ЧС военного времени ВС осуществляют работу, соблюдая следующие требования: • проводить жесткий, строго регламентированный контроль за содержанием РВ в водоисточнике и в питьевой воде; • осуществлять постоянный индивидуальный радиационный контроль доз, накапливаемых обслуживающим персоналом, особенно лицами, работающими в местах скопления радиоактивных шламов; • радиоактивные концентраты удалять из сооружений в специально отведенные места. Отбор проб воды осуществляется из водоема, откуда производится пополнение инфильтрационного бассейна, наблюдательных скважин и из сборного РПВ перед подачей воды в СПРВ. Места и частота отбора проб воды должны быть согласованы с территориальной СЭС. Радиационный фон должен определяться в следующих местах: на территории СИППВ, в районе водозабора, инфильтрационном бассейне, районе каптажных скважин, служебных помещениях. С учетом полученных данных рассчитывается режим работы персонала, с тем чтобы общее облучение не превышало ВДУ. 11.2.2. Порядок передачи информации при ЧС на СХПВ Информация о заражении источников воды, полученная от организаций, должна немедленно передаваться начальнику ГО объекта, территориальному штабу ГО любыми имеющимися техническими средствами связи либо нарочными или посыльными. Информация об обнаружении радиоактивного заражения на территории должна передаваться, если заражение достигает 200 мкР/ч в мирное время, а в военное время 500 мкР/ч и выше. Информация должна передаваться также при обнаружении в питьевых водах возрастания суммарной радиоактивности свыше допустимой концентрации в виде радионуклидов неизвестного состава, установленной НРБ-76/87. Передача соответствующей информации в штаб ГО района (края, области) должна осуществляться начальником ГО объекта с использованием переговорных таблиц, таблиц срочных донесений для передачи информации. 281 11.3. Актуальные проблемы безопасности питьевого водоснабжения мегаполиса В вопросах безопасности систем питьевого водоснабжения выделяют две составляющие: состояние системы водоснабжения и качество воды в водоисточниках. Эти вопросы актуальны и для водоснабжения г. Перми. Особенностью водообеспечения г. Перми является забор воды из нескольких поверхностных искусственных водных объектов – водохранилищ (рис. 11.1). Рис. 11.1. Схема расположения водозаборов города Перми [7] Чусовские очистные сооружения (ЧОС) находятся выше городской территории, забор воды происходит из Чусовского плеса Камского водохранилища. ЧОС – основная станция водоподготовки, обеспечивающая питьевой водой более 75 % населения города. Сооружения снабжают город водой в паводковый период в объеме 305 000 м3/сут, в межпаводковый – до 375 000 м3/сут [7]. Большекамские водопроводные очистные сооружения (БКВ) располагаются ниже плотины КамГЭС и основной объем водной массы составляют воды Камского водохранилища. БКВ – старейшие сооружения водо- 282 очистки, введенные в строй в 1938 г. Источник водоснабжения – Воткинское водохранилище (р. Кама). Производительность сооружений в паводковый период 110 000 м3/сут, в межпаводковый – 90 000 м3/сут. БКВ практически исчерпали свой ресурс из-за высокой изношенности и устаревшего оборудования. Кировская районная фильтровальная станция (КРФС) расположена на правом берегу Воткинского водохранилища (р. Кама). КРФС снабжает водой относительно небольшое количество жителей и ее производительность составляет 15 000–20 000 м3/сут. На территории города располагаются 7 артезианских скважин, они обеспечивают водой население города в объеме не более 1300 м3/сут. В настоящее время компания «НОВОГОР-Прикамье» подает воду потребителям с помощью 24 насосных станций. На 01.01.2007 г. общая протяженность сетей водопровода составляла 1152 км, большинство из них имеют износ около 70 %. Для обеспечения бесперебойности и стабильности подачи воды используются емкости для накопления – 29 резервуаров с суммарным объемом 86,55 тыс. м³. Основная опасность ненадежного и некачественного водоснабжения города связана со схемой его организации. Систему городского водоснабжения характеризует большая протяженность (более 60 км вдоль р. Камы) и отсутствие с 70-х гг. прошлого века городского планирования и застройки. Это привело к очаговому развитию инфраструктуры и неравномерности нагрузок на систему водоснабжения. Основные проблемы водоснабжения: • ухудшение качества воды источников в результате спуска неочищенных промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод; • высокий уровень утечек в результате плохого технического состояния разводящих сетей и водоразборных устройств, высокая аварийность и несвоевременное устранение порывов, приводящих к вторичному загрязнению подаваемой питьевой воды; • низкий напор в удаленных районах; • нестабильное водоснабжение в периоды пикового спроса и в паводковый период; • отсутствие резервирования, низкий регулирующий объем резервуаров; • отсутствие зон санитарной охраны водоисточников, невозможность снижения напоров в сети и технико-экономической оценки веду- 283 щихся мероприятий по реконструкции и новому строительству, низкое качество воды у потребителей. Решением проблемы является полная комплексная реконструкция всей схемы водоснабжения. Необходимо создание двух независимых систем водоснабжения для лево- и правобережных частей города. Снабжение питьевой водой через реку можно устранить благодаря строительству новых водопроводных очистных сооружений на правом берегу в верхнем бьефе Камского водохранилища, а дюкер можно использовать в качестве аварийной перемычки между двумя отдельными системами водоснабжения, расположенными на разных берегах. Устаревшие Кировский и Большекамский водозаборы при этом предполагается закрыть. Качество воды, подаваемой населению, зависит не только от состояния самой системы водоснабжения, но и от качества воды источников. Характеристика качества исходной воды основана на данных мониторинговых исследований ФГУ «Камводэксплуатация», проводимых с целью контроля за качеством воды в районе водозаборов. Оценка проводилась по среднемноголетним показателям, а также по сезонам года и по экстремальным значениям химических элементов за 2003–2006 гг. Так, среднемноголетние значения показателей качества воды рек Чусовой и Камы в районах водозабора показывают, что вода в районе ЧОС характеризуется высокой мутностью (3,29 мг/л), недостаточным содержанием фтора (0,158 мг/л), общей жесткостью (7,42 мг-экв/л), почти в 2 раза большим по сравнению с другими водозаборами содержанием сухого остатка (548,5 мг/л), нитратов (3,12 мг/л), в 3 раза − сульфатов (247,7 мг/л), более чем в 2 раза − кальция (123,1 мг/л), в 2–2,5 раза меньше окисляемость. В районе БКВ вода реки Камы отличается высокой мутностью – среднемноголетний показатель составляет 2,98 мг/л (с колебаниями от 2,1 до 4,38 мг/л), высокой цветностью − 37,3º (с колебаниями от 31,0 до 42,0º), высоким содержанием железа – 0,72 мг/л, очень низким фтора – 0,049 мг/л (при максимальном − 0,147 мг/л). Важнейшими показателями, определяющими степень загрязненности вод, являются окисляемость и БПК. Окисляемость характеризует степень содержания органических веществ по количеству кислорода, израсходованного на биохимическое разложение органических веществ. В воде реки Камы в районе БКВ он равен 8,6 мг/л, БПКполн – 2,53 мгО2/л при максимальном 284 значении 3,54 мгО2/л. Именно эти показатели вместе с содержанием нефтепродуктов и железа (общего) являются лимитирующими для Большекамского водозабора. Качество воды источника в районе КРФС также характеризуется высокой мутностью (3,65 мг/л) и цветностью (33,0º), значительным содержанием железа (0,72 мг/л) и низкими концентрациями фтора (0,003 мг/л) БПКполн равно 2,65 мгО2/л при максимальном значении 3,29 мгО2/л. Доля нестандартных проб воды из поверхностных источников централизованного водоснабжения города по санитарно-химическим показателям только в последние годы находится на уровне 59,6 %. Наибольший удельный вес (76,3 %) в общем объеме нестандартных проб по санитарно-химическим показателям составляют пробы воды по органолептическим показателям − мутности и цветности. Высок и процент проб, не отвечающих гигиеническим нормам по показателю общей жесткости и железу. Отмечается также значительный уровень несоответствия воды поверхностных водоисточников в г. Перми и по микробиологическим показателям − 30,1 %. Химический состав воды был изучен по экстремальным значениям химических элементов, определенных в результате анализов проб, отбор которых проводился во все фазы водного режима в поверхностном горизонте (0,2 м) напротив водозаборов по судовому ходу водохранилищ. Оценка качества воды источников дана в соответствии с основными фазами водного режима камских водохранилищ и с учетом рыбохозяйственного норматива [7]. Таким образом, для водозаборов г. Перми характерно: 1. Высокое содержание химических элементов при уровне воды, близком к уровню «мертвого объема». Эта картина характерна для конца зимнего периода (непосредственно перед вскрытием) и начала наполнения водохранилища в весенний период. 2. Из биогенных элементов NH4+ превышает ПДК во все фазы водного режима, особенно в весенний (до 3,6 ПДК) и зимний (2,9 ПДК) периоды. Такая ситуация обусловлена малым объемом водной массы водохранилища, сокращающим его самоочищающую способность. 3. Содержание всех микроэлементов значительно превышает ПДК, особенно в период зимней сработки водоема. 4. Количество растворенного кислорода в воде водозаборов остается незначительным в зимний (при ледоставе) и летний периоды (во время цветения водорослей) – 4,6 и 5,0 мг/дм3, что составляет 1,3 285 и 1,2 ПДК. В это же время значительно биохимическое и химическое потребление кислорода – до 1,9 и 2,6 ПДК соответственно. По данным компании «НОВОГОР-Прикамье», существующая система очистки на трех станциях водоподготовки (ЧОС, БКВ, КРФС) обеспечивает получение питьевой воды качества, которое соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01. Среднемноголетние показатели мутности уменьшаются в 4–8 раз (0,45–0,81 мг/л), цветности – в 4–5 раз (6–7,3º), окисляемости – в 2–2,5 раза, железа – в 4–5 раз, магния – в 1,1–2 раза, марганца и нефтепродуктов – в 1,1 раза, БПК – в 9 раз, ХПК – почти в 10 раз. Отмечается превышение показателей качества и безопасности питьевой воды в среднем для всего Пермского края. Удельный вес нестандартных проб питьевой воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения по санитарно-химическим показателям только в 2006 г. составил 27,6 %, что в 3 раза выше среднекраевого уровня. Для обеспечения жителей города Перми водой надлежащего качества необходимо: • создать две независимые системы водоснабжения для левои правобережных частей города, закрыть устаревшие Большекамский и Кировский водозаборы и создать новые очистные сооружения с применением эффективных способов очистки воды; • выявить латентные источники поступления загрязняющих веществ и более жестко, по сравнению с существующей, регламентировать сброс сточных вод промышленными предприятиями в водоемы, из которых производится водозабор; • организовать систему оперативного мониторинга качества воды в поверхностных водоисточниках до мест забора воды, позволяющую вносить коррективы в схему водоподготовки; • обеспечить техническое состояние разводящих сетей и водоразборных устройств, снизить уровень аварийности и быстро устранять порывы на сети водоснабжения. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Опишите пространственную структуру мониторинга безопасности систем питьевого водоснабжения в штатном режиме. 2. Опишите временную структуру мониторинга безопасности систем питьевого водоснабжения в штатном режиме. 286 3. Опишите количественную структуру мониторинга безопасности систем питьевого водоснабжения в штатном режиме. 4. Назовите этапы выбора показателей для контроля воды СХПВ. 5. Перечислите возможные аварийные ситуации в системе питьевого водоснабжения. 6. Назовите основные методы борьбы с проявлением аварий и ЧС в СХПВ. 7. Опишите лабораторный контроль за качеством воды в условиях ЧС. 8. Отметьте особенности порядка работы водоочистных станций при загрязнении воды радиоактивными веществами. 9. Каков порядок передачи информации при ЧС на СХПВ? 10. Назовите основные мероприятия по предупреждению аварийных и чрезвычайных ситуаций в системе питьевого водоснабжения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ 1. О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения: Федер. закон от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ. 2. О безопасности питьевой воды: закон Пермского края от 10.02.2000 № 817-122 (ред. от 04.10.2010). 3. СанПиН 2.1.4.1074–01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. 4. ВСН ВК4–90. Инструкция по подготовке и работе систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в чрезвычайных ситуациях / Гос. комитет РСФСР по ЖКХ. – М., 2002. 5. ГОСТ Р 51232–98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. 6. ГОСТ Р 51593–2000. Вода питьевая. Отбор проб. 7. Двинских С.А., Китаев А.Б., Зуева Т.В. Гидрохимическая характеристика вод камских водохранилищ в районе водозаборов Перми // Вестник ПГУ. – 2008. – № 2 (8). 8. Вода питьевая. Методы анализа: сб. / Госстандарт СССР. – М., 1984. 287 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Программы контроля пунктов типа 1 по гидрологическим и гидрохимическим показателям∗ СОКРАЩЕННАЯ ПРОГРАММА А (полевые условия) Гидрологические показатели: • расход, л/сут Гидрохимические показатели: • водородный показатель pH • общее солесодержание, мг/л Б (лабораторный анализ) ∗∗ Гидрохимические показатели: • азот аммонийный, мг/дм3 • азот нитратный, мг/дм3 • водородный показатель pH • общее солесодержание∗∗∗, мг/дм3 • общий органический азот, мг/дм3 • сульфаты, мг/дм3 • химическое потребление кислорода (ХПК), мг О2/дм3 • хлориды, мг/дм3 ПОЛНАЯ ПРОГРАММА Гидрохимические показатели (дополнительно к показателям, определяемым по сокращенной программе Б): • кадмий, мг/дм3 • карбамидные соединения, мг/дм3 • медь, мг/дм3 • мышьяк, мг/дм3 ∗ Если в пробах подземных и поверхностных вод, отобранных ниже по потоку, устанавливаются превышения концентраций определяемых показателей, программа расширяется в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.722–98 [3]. ∗∗ При обнаружении превышения содержания общего органического азота и (или) ХПК проводится расширенный лабораторный анализ по полной программе. ∗∗∗ Указывается температура, при которой замеряется общее солесодержание. 288 • • • • • • общий органический углерод, мг/дм3 ртуть, мг/дм3 свинец, мг/дм3 фосфорорганические соединения, мг/дм3 хлорированные углеводороды, мг/дм3 цианиды, мг/дм3 Программы контроля пунктов типа 2 по гидрологическим и гидрохимическим показателям СОКРАЩЕННАЯ ПРОГРАММА А (полевые условия) Гидрологические показатели: • расход, л/сут Гидрохимические показатели: • водородный показатель pH • общее солесодержание, мг/дм3 • • • • • • • • Б (лабораторный анализ) азот аммонийный, мг/дм3 биохимическое потребление кислорода (БПК5), мг О2/дм3 водородный показатель pH общее солесодержание, мг/дм3 сульфаты, мг/дм3 фосфаты, мг/дм3 химическое потребление кислорода (ХПК), мг О2/дм3 хлориды, мг/дм3 ПОЛНАЯ ПРОГРАММА Гидрохимические показатели дополнительно к показателям, определяемым по сокращенной программе Б • азот нитратный, мг/дм3 • общий органический азот, мг/дм3 • сульфиды (включая H2S), мг/дм3 • щелочность (свободная и общая), мг-экв/дм3 289 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Программы контроля по микробиологическим и паразитологическим показателям СОКРАЩЕННАЯ ПРОГРАММА Индекс лактозоположительных кишечных палочек (ЛПКП) ПОЛНАЯ ПРОГРАММА (дополнительно к показателям, определяемым по сокращенной программе) • Число сапрофитных бактерий в 1 см3 • Число колифагов в 1 дм3 • Индекс термотолерантных колиформных бактерий (ТТКБ) • Индекс энтерококков • Возбудители кишечных инфекций (сальмонеллы, шигеллы, энтеровирусы и др.) в 1 дм3 • Жизнеспособные яйца и личинки гельминтов и жизнеспособные цисты кишечных простейших в 1 дм3 290 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Методики определения физико-химического, микробиологического и паразитологического состава фильтрата Показатели Наименование методики Азот Фотометрическое определеаммонийный ние с реактивом Несслера Азот нитратный Фотометрическое определение с салициловой кислотой Водородный Потенциометрическое опрепоказатель (pH) деление Общее солесо- Гравиметрическое определение держание БПК Стандартный метод определения Кадмий Фотометрическое определение Медь Фотометрическое определение Мышьяк Общий органический азот Общий органический углерод Ртуть Свинец Сульфаты Сульфиды Фосфаты Литература Номер междунар. стандарта РД 118.02.3–90 ИСО 5664 РД 118.02.2–90 ИСО 7890-3 [1] ИСО 10523 РД 118.02.7–88 РД 118.02.2–85, РД 52.24.74–89 РД 52.24.90–89 РД 52.24.89–89, [1] Фотометрическое определеРД 118.02.28–88 ние с диэтилдитиокарбаматом Фотометрическое определение окислением персульфа- РД 52.24.13–84 том калия Титриметрическое определение после сжигания «мок[2] рым» способом Фотометрическое определе[1, 3] ние с дитизоном Фотометрическое определе[1] ние с дитизоном Гравиметрическое определение [1, 3] Йодометрическое определение [2] Фотометрическое определеРД 52.24.33–86, ние восстановлением аскор[1] биновой кислотой Газохроматографическое определение [2, 4] ИСО 5815 ИСО 8288 ИСО 11969 ИСО 11905 ИСО 9280 ИСО 6878 Фосфорорганические соединения Хлориды Меркуриметрическое опреде- РД 52.24.54–88, РД 118.02.6–89 ление 291 Показатели Наименование методики Литература Номер междунар. стандарта Хлорированные Газохроматографическое оп[2] углеводороды ределение ХПК Титриметрическое определение РД 52.24.75–88, ИСО 6060 РД 118.02.1–85 Цианиды Фотометрическое определе[1, 3] ИСО 6703 ние с пиридинбензидиновым комплексом Щелочность Потенциометрическое опре[2] деление Возбудители МУ 2285–81 кишечных инфекций Индекс ТТКБ МУК 4.2.671–97 ИСО 9308-1 Число колифаМУ 2.1.5.800–99 гов Число сапрофитных бактерий Индекс ЛПКП Индекс энтерококков ПаразитологиМУК 4.2.668–97 ческие показатели 1. Унифицированные методы исследования качества вод / СЭВ. М., 1987. Ч. 1. 2. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. 3. Руководство по химическому анализу поверхностных вод/суши / под ред. А.Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 4. Унифицированные методы исследования качества вод / СЭВ. М., 1985. Ч. 1, т. 3. 292 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Перечень промышленных отходов IV класса опасности, принимаемых на полигоны твердых бытовых отходов без ограничения и используемых в качестве изолирующего материала Код группы и вида отходов 1.24.01 1.36.02.1 1.36.02.2 1.39.01 1.31.01 1.39.02 1.39.03 1.39.04 1.39.05 1.39.06 1.39.07 1.39.08 1.39.09 1.24.02 1.24.03 1.24.04 1.29.00 1.24.05 1.27.01 1.39.10 1.36.02.3 1.39.1 1.39.12 Вид отхода Алюмосиликатный шлам СБ-г-43-6 Асбестоцементный лом Асбокрошка Бентонита отходы Шрафит отработанный производства карбида кальция Гипсосодержащие отходы производства витамина В-6 Известь-кипелка, известняк, шламы после гашения Мела химически осажденного твердые отходы Окись алюминия в виде отработанных брикетов (при производстве АlСl3) Окись кремния при производстве ПВХ и АlСl3 Паранита отходы Плав солей сульфата натрия Селикагель (из адсорберов осушки нетоксичных газов) Селикагеля производства шлам с фильтр-прессов (содержит глину и кремнизем) Соды гранулированный шлам Содово-цементного производства отходы дистилляции в виде СаSО4 Формовочные стержневые смеси, не содержащие тяжелых металлов Химводоочистки и умягчения воды шламы Хлорид-натриевые осадки сточных вод производства лаковых эпоксидных смол Хлорная известь нестандартная Шиферного производства твердые отходы Шлаки ТЭЦ, работающих на угле, торфе, сланцах или бытовых отходах Шлифовальные материалы 293 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Перечень промышленных отходов III и IV классов опасности, принимаемых на полигоны твердых бытовых отходов в ограниченном количестве и складируемых совместно (нормативы на 1000 м3 твердых бытовых отходов) Код группы и вида отходов Вид отходов Предельное кол-во пром. отходов (тонн на 1000 м3 ТБО) Отходы производств органического синтеза 1.24.6 Кубовые остатки производства ук3 сусного ангидрида 1.39.13 Резита отходы (отвержденная смола) 3 1.39.14 Твердые отходы производства вспе10 нивающихся полистирольных пластиков Отходы производства электроизоляционных материалов 1.39.15 Гетинакс электротехнический листо10 вой Ш-8,0 1.39.16 Липкая лента ЛСНПЛ-0,17 3 1.39.17 Полиэтиленовая трубка ПНП 10 1.39.18 Стеклянная ткань Э2-62 3 1.39.20 Текстолит электротехнический листовой Б-16,0 1.39.21 Фенопласт 03-010-02 10 Твердые отходы суспензионного, эмульсионного производства 1.39.22 Сополимеров стирола с акрилонит3 рилом или метилметакрилатом 1.39.23 Полистирольных пластиков 3 1.39.24 Акрилонитрилбутадиенстирольных 10 пластиков 1.39.25 Полистиролов 3 294 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Перечень промышленных отходов III и IV классов опасности, принимаемых в ограниченных количествах и складируемых c соблюдением особых условий Код группы и вида отходов 1.39.26 1.39.27 1.39.28 1.21.6 1.39.29 1.39.30 1.39.31 Предельное кол- Особые условия складиво пром. отходов рования на полигоне Вид отхода (тонн на 1000 м3 или подготовки на пром. предприятиях ТБО) 3 Укладка слоем не более Активированный 0,2 м уголь производства витамина В-6 Ацетобутилацетат 3 Прессование в кипы разцеллюлозы отходы мером не более 0,3×0,3 м в увлажненном состоянии Древесные и опи10 Не должны содержать опилки, идущие на посылочно-стружечные пание полов в производстотходы венных помещениях Лоскут хромовый 3 Укладка слоем не более 0,2 м 10 Не должны содержать Невозвратная дерепромасленную бумагу вянная и бумажная тара Обрезь кожезаме3 Укладка слоем не более 0,2 м нителей Отбельная земля 3 Затаривание в мешки в увлажненном состоянии Примечание. Вырубка резины и прочие резиноотходы могут приниматься без количественных ограничений при наличии специально открываемых для них в грунте траншей с последующей засыпкой. Предельная суммарная нагрузка по всем классам отходов – 100 м3. 295 296 Метод и способ Способ Вид контроля измерения контроля прямой отбор накопление по дистан- непре- периодичеВид Контролируемый параметр ский проб радиаци- месту цион- рывный прибора ный онного воздействия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 В зоне строгого режима 1. Мощность поглощенной дозы гамма- Стацио+ – – – + + – излучения нарный Носимый + – – + – – 1 раз в смену 2. Плотность потока бета-частиц Перенос+ – – + – – 1 раз ной в смену Носимый + – – + – – 1 раз в смену 3. Мощность поглощенной дозы ней- Перенос1 раз тронного излучения или плотность пото- ной в смену ка нейтронов 4. Объемная ак- газов по бета- Стацио– – – – + + – излучению нарный тивность в воздухе производствен- аэрозолей по альфа- Перенос+ + – + – – 1 раз ных помещений излучению ной в сутки Основные требования к объему радиационного контроля при захоронении радиоактивных отходов в могильник ПРИЛОЖЕНИЕ 7 297 2 3 4 по бета- Стациоизлучению нарный Переносной 5. Объемная ак- газов по бетативность в выброизлучению сах в атмосферу аэрозолей по альфа-, Стационарный бетаизлучению 6. Объемная активность сточ- по бета- Переносных вод излучению ной по гамма- Стациоизлучению нарный 7. Плотность радиоактивных выпадений Стациоиз атмосферы нарный, переносной 8. Мощность поглощенной дозы гамма- и Носимый нейтронного излучений от поверхности твердых и отвержденных радиоактивных отходов или от упаковок с твердыми радиоактивными отходами 9. Нуклидный состав в воздухе в газах Стациорадиоактивных венарный ществ производс- в аэротвенных золях помещений 1 6 – + – – + – + – + 5 – – + + – + – + – + – + – – – – + 7 – – + + – + – – + 8 – + – – – – + + – 9 + (+) – + + – + + – – 1 раз в месяц При поступлении отходов – 1 раз в сутки – – 1 раз в смену 1 раз в смену – 298 2 в аэрозолях, выбрасываемых в атмосферу в сточных водах 3 Переносной 11. Загрязнение альфа-, бета-активными Стациовеществами средств индивидуальной за- нарный, щиты, кожных покровов, личной одежды переносперсонала ной 12. Индивидуальная доза внешнего облу- Носимый чения человека из состава персонала (по бета-, гамма- и нейтронному излучениям) транспортных средств территории дорог в поверхностных и грунтовых водах в почве и грунтах, подстилающих могильник в выпадениях из атмосферы 10. Загрязнение аль- производственных Переносфа-, бета- активны- помещений ной ми веществами по- оборудования Носимый верхностей оснастки 1 – – + + – – + – – – + + + – – + – + + + – – 5 + 4 – – – + – – – – + – + + 6 + + + + + + + + + + + + 7 – – – – – – – – – – – – 8 + + – – – – – – – – – – 9 (+) – 1 раз в квартал 1 раз в смену 1 раз в смену 1 раз в смену 1 раз в смену 1 раз в месяц – 1 раз в месяц 1 раз в квартал 1 раз в год 1 раз в месяц 299 8 – – – – + – – – – – – – 7 – – + + – – + + + + + – – – – – – – – – + – 9 – – 1 раз в год 1 раз в квартал 1 раз в год 1 раз в год – – 1 раз в квартал – 1 раз в месяц – 1 раз в год 1 раз в год Примечание. Знак «+» означает необходимый метод измерения, способ или вид контроля; «(+)» – предпочтительный метод измерения, способ или вид контроля; «–» – метод измерения, способ или вид контроля не требуется. 1 2 3 4 5 6 13. Содержание ра- по гамма-излучению Стацио– – + диоактивных веществ по альфа-, бета- из- нарный – + + в организме персонала лучению выделений В санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения 14. Мощность поглощенной дозы гамма- Перенос+ – – излучения ной 15. Поглощенная доза бета-, гамма- Перенос– – + излучения ной 16. Объемная актив- аэрозолей в атмо– + + ность по бета- сферном воздухе излучению подземных вод и Стацио– + – воды открытого нарный водного объекта – + + 17. Плотность радиоактивных выпадений Стациоиз атмосферы нарный 18. Нуклидный со- в аэрозолях атмо– + + став радиоактивных сферного воздуха веществ в подземных водах – + + и воде открытого водного объекта – + + в выпадениях из Стациоатмосферы нарный – + – в почве, донных отложениях в растительности и – + – кормах гидробионтах, продуктах питания ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Параметры мониторинга безопасности гидротехнических сооружений Таблица 1 Класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их назначения № п/п Объекты гидротехнического строительства 1 Гидротехнические сооружения гидравлических, гидроаккумулирующих, приливных и тепловых электростанций установленной мощностью, МВт: более 1000 от 300 до 1000 от 10 до 300 10 и менее 2 Гидротехнические сооружения атомных электростанций независимо от мощности Класс сооружений I II III IV I Таблица 2 Класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунтов оснований Сооружения Тип грунтов основания 1. Плотины из грунтоА вых материалов Б В 2. Плотины бетонные, А железобетонные; подБ водные конструкции В зданий гидроэлектросудоходные станций; шлюзы; судоподъемники и другие сооружения, участвующие в создании напорного фронта 3. Подпорные стены А Б В Высота сооружений, м, при их классе I II Более 80 От 50 до 80 Более 65 От 35 до 65 Более 50 От 25 до 50 Более 100 От 60 до 100 Более 50 Более 25 От 25 до 50 От 20 до 25 III IV От 20 до 50 От 15 до 35 От 15 до 25 От 25 до 60 От 10 до 25 От 10 до 20 Менее 20 Менее 15 Менее 15 Менее 25 Менее 10 Менее 10 Более 40 От 25 до 40 От 15 до 25 Менее 15 Более 30 От 20 до 30 От 12 до 20 Менее 12 Более 25 От 18 до 25 От 10 до 18 Менее 10 Примечание. Грунты: А – скальные; Б – песчаные, крупнообломочные и глинистые в твердом и полутвердом состоянии; В – глинистые водонасыщенные в пластичном состоянии. 300 Таблица 3 Класс защитных сооружений Защищаемые территории и объекты 1. Селитебные территории (населенные пункты) с плотностью жилого фонда на территории возможного частичного или полного разрушения при аварии на водоподпорном сооружении, м2 на 1 га: свыше 2500 от 2100 до 2500 от 1800 до 2100 менее 1800 2. Объекты оздоровительно-рекреационного и санитарного назначения (не попадающие в п. 1) 3. Предприятия и организации с суммарным годовым объемом производства и/или стоимостью единовременно хранящейся продукции, млн МРОТ: свыше 50 от 10 до 50 менее 10 4. Памятники культуры и природы Максимальный расчетный напор, м, на водонапорное сооружение при классе защитного сооружения II III IV I Свыше 5 Свыше 8 Свыше 10 Свыше 15 До 5 До 8 До 10 До 15 До 3 До 5 До 8 До 10 До 2 До 5 До 8 - Св. 15 До 15 До 10 Свыше 5 Свыше 8 Свыше 8 Свыше 3 До 3 До 5 До 8 до 3 До 2 До 3 До 5 - До 2 До 3 - Примечание. МРОТ – минимальный размер оплаты труда по законодательству Российской Федерации, действующему на момент разработки проекта. 301 Таблица 4 Класс гидротехнических сооружений в зависимости от последствий возможных аварий Размер воз- Характеристика терриЧисло людей, условия жиз- можного мате- тории распространения недеятельности риального ЧС, возникшей в рекоторых могут ущерба, без зультате аварии ГТС быть наруше- учета убытков ны при аварии владельца ГТС, ГТС, чел. млн. МРОТ В пределах территоБолее 3 000 Более 20 000 Более 50 рии двух и более субъектов РФ В пределах территории От 500 От 2 000 одного субъекта РФ От 10 до 50 до 3 000 до 20 000 (двух и более муниципальных образований) В пределах территории Менее 500 Менее 2 000 От 1 до 10 одного муниципального образования В пределах территории Менее 1 одного муниципального образования Число постоянно проживающих люКласс дей, которые ГТС могут пострадать от аварии ГТС, чел. I II III IV Примечание. Возможные ущербы от аварии гидротехнических сооружений определяются на момент разработки проекта. Таблица 5 Параметры волны прорыва, приводящие к разрушению объектов Объект Степень разрушения слабая средняя сильная h, м v, м/с h, м v, м/с h, м v, м/с Здания: 2,5 • кирпичные (4 и более эт.) 2 • кирпичные (1–2 этажа) 3 • каркасные панельные • промышленные с легким металли2 ческим каркасом и бескаркасные • промышленные с тяжелым метал- 3 лическим каркасом или ж/б каркасом 4,5 • бетонные и ж/б здания 1 • деревянные дома (1–2 этажа) 1 • сборные деревянные дома 302 1,5 1 1,5 4 3 6 2,5 2 3 6 4 7,5 3 2,5 4 1,5 1,5 3,5 6 2 3 5 8 2,5 4 1,5 1 1 9 2,5 2,5 3 1,5 1,5 12 3,5 3 4 2 2 Окончание табл. 5 Степень разрушения слабая средняя сильная h, м v, м/с h, м v, м/с h, м v, м/с Объект Мосты: • металлические • железобетонные • деревянные Дороги: • с асфальтобетонным покрытием • с гравийным покрытием Пирс Плавучий док Плавучий кран 0 0 0 0,5 0,5 0,5 1 1 1 2 2 1,5 2 2 1 3 3 2 1 0,5 6 3 2,5 1 0,5 5 1,5 1,5 2 1 4 5 5 1,5 1,5 3 1,5 1,5 4 2,5 1 8 7 3 2 1,5 2 2 Таблица 6 Значения коэффициентов А, В при гидравлическом уклоне реки B 1,0 0,5 0,25 Н0, м 20 40 80 150 250 20 40 80 150 250 20 40 80 150 250 А1 100 280 720 1880 4000 128 340 844 2140 4520 140 220 880 2420 4740 i = 1·10–4 В1 А2 90 9 150 20 286 39 500 78 830 144 204 11 332 19 588 34 1036 62 1976 100 192 8 388 13 780 23 1456 41 2420 67 В2 7 9 12 15 19 11 14 17 23 27 21 21 21 20 16 А1 40 110 300 780 1680 56 124 320 940 1840 40 108 316 840 1688 i = 1·10–3 В1 А2 10 16 30 32 60 62 106 116 168 208 51 18 89 32 166 61 299 113 470 187 38 15 74 30 146 61 172 114 452 191 В2 21 24 29 34 40 38 44 52 62 79 43 50 65 89 116 303 Таблица 7 Время прихода гребня (tгр,ч) и фронта волны прорыва (tфр,ч) L, км 5 10 20 40 80 150 200 304 Н0 = 20 м i = 10–3 i = 10–4 tфр tгр tфр tгр 0,2 1,8 0,2 1,2 0,6 4,0 0,6 2,4 1,6 7,0 2,0 5,0 5,0 14 4,0 10 13 30 11 21 33 62 27 43 160 230 113 161 Н0 = 40 м i = 10–3 i = 10–4 tфр tгр tфр tгр 0,1 2,0 0,1 1,2 0,3 3,0 0,3 2,0 1,0 6,0 1,0 4,0 3,0 10 2,0 7,0 8,0 21 6,0 14 18 40 15 23 95 140 70 98 Н0 = 80 м i = 10–3 i = 10–4 tфр tгр tфр tгр 0,1 1,1 0,1 0,2 0,2 1,7 0,1 0,4 0,5 3,0 0,4 1,0 1,2 5,0 1,0 2,0 3,0 9,0 3,0 4,0 7,0 17,0 6,0 9 25 32 35 59 ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Минимальные физиолого-гигиенические нормы обеспечения населения питьевой водой при ее дефиците, вызванном заражением водоисточников или выходом из строя систем водоснабжения, для различных видов водопотребления и режимов водообеспечения Вид водопотребления Питье Приготовление пищи, умывание Удовлетворение санитарно-гигиенических потребностей человека и обеспечение санитарно-гигиенического состояния помещения Всего Нормы водообеспечения, л/чел.-сут, для режимов I II III 2,5 2,5 2,5 5 (дети) 5(дети) 5(дети) – 7,5 7,5 – – 21 (дети) 2,5 5(дети) 10 31 12,5(дети) 33,5(дети) Примечания: 1. Водообеспечение в режиме I не должно продолжаться более 5 сут в климатических зонах с умеренным климатом, 3 сут – в климатических зонах с жарким климатом. После истечения этих сроков необходимо переходить на более щадящие режимы II и III водообеспечения. 2. В числителе указаны нормы водообеспечения взрослого населения и подростков (14 лет и старше), в знаменателе – нормы для детей от одного года до 14 лет и кормящих женщин. 3. Нормы водообеспечения одного человека в сутки даны для второй климатической зоны. Для первой климатической зоны нормы устанавливаются введением коэффициента 1,3, а для третьей и четвертой – коэффициента 1,6. 4. Для лечебных нужд дополнительно к нормам прибавляют по 5,5 л воды в сутки на каждого больного. 5. Нормы водообеспечения указаны на одного человека в сутки при малой физической активности. Норму водообеспечения для питья людям, выполняющим работы различной степени тяжести, устанавливают введением коэффициентов: легкой тяжести – 1,125; средней – 1,33–1,54; тяжелой – 1,75. 6. Составляющие норм водообеспечения (л/чел.-сут) для видов водопотребления следующие: приготовление пищи и умывание: приготовление пищи и мытье кухонной посуды......................................3,5 мытье индивидуальной посуды ....................................................................1 мытье лица и рук............................................................................................3 удовлетворение санитарно-гигиенических потребностей человека и обеспечение санитарно-гигиенического состояния помещения: мытье лица и рук дополнительно .................................................................3 мытье ног ........................................................................................................3 гигиенический душ ......................................................................................10 обеспечение санитарно-гигиеничексого состояния помещения................5 305 Учебное издание Батракова Галина Михайловна, Белик Екатерина Сергеевна, Швецова Ирина Николаевна МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ Конспект лекций Редактор и корректор Н.В. Бабинова Подписано в печать 12.10.2012. Формат 70×100/16. Усл. печ. л. 24,5. Тираж 100 экз. Заказ № 204/2012. Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета. Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.
