Zemstroyplan.com

На международном конгрессе «ЭКВАТЕК-94» (Москва) было сделано только 2 доклада, посвященных созданию автоматизированных систем мониторинга водной среды — из Германии и России (Самара). Концептуальные подходы к организации систем у них существенно отличались. В основе немецкой идеи лежит создание большой сети плавучих автоматизированных станций-платформ, оснащенных кроме автоматики аналитическими лабораториями. В основе российской идеи лежит создание широкой сети пунктов автоматического контроля, привязанных к информационно-аналитическому центру и существующей системе аналитических лабораторий. Немецкая идея на несколько порядков дороже российской, но Московский водоканал завязал контакты с немцами.

Самарская область занимает территорию в 53,6 тыс. кв. км при протяженности с севера на юг — 325 км и с запада на восток — 315 км. Область расположена на берегах крупнейшей реки европейской части страны — Волге. Речная сеть притоков Волги в области представлена реками Самара, Б.Кинель, Сок, Кондурча, Б.Иргиз, Чапаевка, Чагра общей протяженностью в 1850 км (с учетом длины участка Волги в пределах области).

Объемы суммарного промышленного и хозяйственно-бытового водоотведения в речную систему по области (Самара, Тольятти, Жигулевск, Сызрань, Октябрьск, Новокуйбышевск, Чапаевск и др.) достигают 2,5 млн. куб. м/сут., в том числе после очистных сооружений всего 69%, причем мощности очистных сооружений не хватает для такого количества поступающих на очистку сточных вод. Перегрузка очистных сооружений зоны волжских городов существенна и колеблется в интервале 18 — 25%, а по зоне рек Самары и Б.Кинель обеспеченность очистными сооружениями существенно меньше (не более 25 — 30%).

Вероятность возникновения аварийных ситуаций в нашем регионе достаточно высока — это порывы многочисленных нефте- и продуктопроводов, самовольные тайные сбросы предприятий и др. примеры. Число нарушений подобного рода постоянно растет, так, если в 1986 г. их число составляло 33,7%, то в 1989 г. — 39,7%, в 1990 г. — 40,8%, в 1993 г. — 41%, в 1995 г. — 42,5%.

Существенную величину составляет нагрузка загрязнением и на водосборную площадь речной сети. Изучение очагов загрязнения территориально-бассейновой системы показало, что область за год накапливает 9814,7 млн. т отходов, в т.ч. жидких — 9676,7 млн. т; твердых — 137,8 млн. т; коммунальных отходов — 243,3 млн. т. При этом средний модуль техногенной нагрузки равен 183,2 тыс. т/кв. км, что выше чем по другим областям Поволжья. Особенно высока техногенная нагрузка в городах и прилегающих к ним территориях во главе с г. Самарой (14847 тыс. т/кв. км в год), Тольятти (19343 тыс. т/кв. км в год). Из всех сельских районов области наибольшую нагрузку испытывают: Волжский (35,6 тыс. т/кв. км в год), Нефтегорский (5,8), Безенчукский (4,6), Сергиевский (3,3), Похвистневский (2,11 тыс. т/кв. км в год), остальные районы меньше.

Результаты исследований Приволжского территориального УГМС и ЦГСЭН по акваториально-бассейновой системе за последние три года (1994 — 1996) показывают, что качество воды р.Волги в акваториях Куйбышевского и Саратовского водохранилищ, как и по рекам, впадающим в них, можно считать неудовлетворительным по значениям индекса загрязненности (ИЗВ) от умеренно загрязненной до грязной, что определяется уровнями загрязнения медью, нефтепродуктами, аммонийным и нитритным азотом, марганцем, фенолами, железом, БПК5, хлоридами. На притоках — фенолы, медь и азот нитритный, причем во всех случаях во внимание принимались только показатели содержания не ниже 10 уровней ПДК. Перечень показателей, по которым превышение ПДК регистрировалось на уровне не ниже 5, еще более широк.

Известно, что Поволжский территориальный центр мониторинга (ПЦМС Росгидромета) имеет 32 пункта контроля качества воды 3-й категории (с ежемесячным контролем) и 4-й (с контролем не более 6 раз за год, по гидрологическим сезонам) на реках области, т.е. примерно один пункт на 95 км протяженности притоков Волги и на 20 км протяженности Волги.

Примерно с такой же периодичностью осуществляется контроль качества воды на питьевых водозаборах и выпусках сточных вод городов и промышленных предприятий. Все это относится к государственной системе мониторинга.

Известно, что мониторинг — это система наблюдений, которая может быть диагностически-прогнозирующей и управляющей минимум на двух уровнях:

• оперативном, для управления в чрезвычайных (аварийных) ситуациях, при этом требуется, чтобы время получения, обработки, анализа информации и выработки управленческих решений составляло десятки минут;
• долгосрочном, для выработки управленческих действий, направленных на решение стратегических и тактических задач экологии, с использованием многолетней информации и показателей, усредненных за месяцы и годы.

Существующая в настоящее время система мониторинга качества поверхностных вод суши, сточных вод и подземных вод, как компонентов биосферы, позволяет реализовать только контрольную функцию из группы «долгосрочного уровня». Она работает в режиме диагностики-постфактум, поскольку от момента отбора проб воды до момента получения результатов контроля проходит от нескольких часов до нескольких суток, получаемый результат морально устаревает для оперативных прогнозов и тем более управленческих решений, что вообще исключает возможность оперативного прогнозирования последствий в случае аварии. Предлагаемая система автоматизированного мониторинга работает в режиме диагностика-тотчас.  В 1995 г. была выполнена НИР «Концепция региональной автоматизированной системы экологического мониторинга водной среды (АСЭМ) и целевые комплексные программы (ЦКП) ее создания и развития по подсистемам поверхностных, сточных и подземных вод», которая разработана акад. МАНЭБ и чл.-корр. РЭА Махиней А.П. (тогда МПЦ «АКВАЭКОС» г. Самара), к.т.н. Купером В.Я. и чл.-корр. МАНЭБ Рубцовым М.Г. (оба НПЦ «ПАЛС», г.  Самара). Принципиальная схема АСЭМ представлена на рисунках.

Указанная НИР прошла согласование в ГЦСЭН, облкомприроды, ПЦМС (г.Самара), заслушана и одобрена на межведомственном НТС при облкомприроды (г.Самара) и получила одобрение экспертизы в ГИПЭ Минприроды РФ (г. Москва), а также доложена в секции «Мониторинг» на 1-м и 2-м международных конгрессах «Вода. Экология. Технология» в г. Москве в 1994, 1996 гг. Технические средства, рассмотренные в НИР и выпускаемые НПЦ «ПАЛС» (автоматизированные измерительные комплексы: Ротан-Р, Хитон-Р, Хитон-С), были рекомендованы, кроме упомянутой АСЭМ, также для единичного использования в практике контролирующих органов и НИИ. Выпускаемые автоматизированные измерительные комплексы (АИК) уже используются в различных организациях России, Самарской области — г.Самара и г.Тольятти (горЦГСЭН, «Самарагидропроект», Институт экологии Волжского бассейна РАН, Московский институт водных проблем РАН, Санкт-Петербургский океанографический институт и др.) и с успехом экспонировались на четырех международных выставках (Дели, Мадрид, Берлин). Последняя экспозиция осуществлена в Москве на международной выставке «ЭКВАТЭК-96», после чего НПЦ «ПАЛС» изготовил по заказу Миннауки РФ АИК-Хитон-С, на котором проведены успешные производственные исследования в НПО «Маяк» (Челябинск, Россия) и в Национальной лаборатории Л.Беркли (Калифорния, США). К успеху, в ряду других достоинств, можно отнести и фактор времени (которое есть и деньги) — в США на исследование одной скважины в 100 м «их» автоматикой затрачивается трое суток, АИК-Хитон-С — 1 час, при этом результаты измерений получают с дискретностью в 3-5 сек.

Часть из возможностей АИК (Ротан-Р и Хитон-Р) была успешно реализована при проведении предпроектной работы по оценке влияния сброса сточных вод г. Тольятти на Самарский водозабор НФС-2. Кроме того, в комплексной экологической программе г. Самары на 1996-1998гг. предусмотрена реализация  автоматизированной системы на уровне ТЭО. Но… молчит сменившаяся в 1997 г.  горадминистрация… Но хранит молчание уже с 1995 года, после одобрения результатов НИР «Концепция АСЭМ водной среды», заказчик работы — комитет экологии Самарской области (Павловский В.А.), несмотря на регулярные обращения разработчиков. Жаль, за эти годы уже можно было, по отработанной концепции, разработать ТЭО АСЭМ и, возможно, приступить к реализации в натуре. Ведь в упомянутой НИР уже обоснован подход к структуре системы автоматизированного мониторинга, который основан на принципе происхождения водных подсистем: для поверхностных вод — акваториально-бассейновая система; для сточных вод — промышленно-селитебная система; для подземных вод — территориально-бассейновая система.

Исходя из этого, для каждого компонента системы было выполнено комплексное экологическое  районирование по административным районам области с использованием системы критериев по приоритетам:

• необходимый минимум представительности каждого фактора в установленных локальных зонах относительно всего района исследования, при котором работа АСЭМ будет максимально эффективна уже на первом этапе ее создания;
• необходимый минимум представительности каждого приоритетного фактора внутри каждой локальной зоны относительно других;
• интенсивность антропогенной и техногенной нагрузки на локальные зоны по концентрации водопользователей;
• интенсивность (объем) водопотребления;
• обеспеченность водными ресурсами;
• интенсивность водоотведения (сброса сточных вод);
• интенсивность сельскохозяйственной нагрузки;
• дислокация точек возникновения аварийных ситуаций;
• территориальная близость (совмещенность) водных комплексов;
• современное качество вод с зонами стабильной ненормативности состава и качества по водным комплексам;
• специфические нагрузки на локальные зоны водных комплексов явлениями подтопления и общего загрязнения (по водосбору, областям питания и др.);
• степень защищенности подземных вод;
• эффективность очистки сточных вод и обеспеченность мощностями очистных сооружений;
• состав ненормативных показателей качества вод и размеры ненормативности;
• изученность локальных зон по аспектам качества вод;
• другие аспекты загрязнения территорий (нефтезагрязнения, трубопроводы и т.п.);
• наличие и развитие коммуникаций (средств связи, автодорог);
• степень развитости традиционной системы режимного мониторинга в системах Росгидромета и санэпиднадзора;
• близость и оснащенность существующей лабораторно-аналитической базы;
• наличие кадров специалистов, необходимых для создания и обслуживания АСЭМ;
• близость технологической и методологической базы для создания АСЭМ и подготовки специалистов;
• возможность минимизации затрат на капитальное строительство, организацию энергопитания и связи по основным компонентам АСЭМ;
• прогноз развития подобных систем в других регионах.

Результаты районирования показали, что практически 100% приоритетных факторов приурочено к локальной зоне р. Волги на участке сопряженных бьефов Куйбышевского и Саратовского водохранилищ — Самарской Луке, а значит, создавать комплекс АСЭМ целесообразно именно здесь, а по другим зонам рекомендована очередность.

Из мирового опыта известно, что в автоматизированных системах мониторинга свыше 84% всех выполняемых измерений составляют измерения УЭП, рН, Еh, содержания растворенного кислорода (РК), поскольку нецелесообразно ориентироваться на максимальный перечень показателей.

Анализ используемых в России наборов показателей в режиме диагностика-постфактум показал, что они основаны на показателях четырех типов:

• показатели, характеризующие токсичность или определяющие уровень техногенной нагрузки общего плана;
• показатели, характеризующие массовый выброс в водной объект;
• показатели, характеризующие способность водного объекта к самоочищению;
• показатели, характеризующие степень природной или обусловленной минерализации воды.

Сделан предварительный выбор из множества показателей такого минимального набора, который, во-первых, обладал бы репрезентативностью как внутри каждой подсистемы (поверхностных, сточных, подземных вод), так и между подсистемами и, во-вторых, позволял бы с достаточной надежностью оперативно обнаруживать аномальные ситуации, для чего остановились на следующих интегральных показателях: температура воды, рН, Еh, УЭП, растворенный кислород, азот аммонийный и нитратный, медь, хлориды. В дальнейшем целесообразно проведение разработок с целью расширения списка показателей.

Учитывая вышеизложенное, АСЭМ качества вод сможет решать в режиме заданной дискретности следующие задачи:

• текущего оперативного контроля качества воды, когда уровни показателей изменяются в пределах, характерных для текущего сезона года;
• аварийного оперативного контроля качества воды в режиме нештатной (аномальной) ситуации, когда регистрируются уровни показателей, не свойственные текущему сезону года;
• аварийного отбора проб воды в режиме нештатной ситуации для последующего анализа в условиях стационарной или специальной мобильной лаборатории по полному или приоритетному перечню показателей;
• аварийно-диагностического контроля качества воды в условиях стационарной или специальной мобильной лаборатории по полному или приоритетному перечню показателей с целью установления фактических концентраций загрязняющих веществ, уточнения их корреляции с интегральными показателями, а также с целью установления виновника аварийной ситуации;
• режимно-диагностического отбора проб воды при характерных признаках соответствующих  гидрологических сезонов и их характерных фаз, характеризующих качество вод в годовой или многолетней динамике.

Авторы: А. Махиня, рук. мастерской эколог. проблем ГУП ТеррНИИгражданпроекта, акад. МАНЭБ, чл.-корр. РЭА / М. Рубцов, директор НПЦ «ПАЛС», к.т.н., чл.-корр. МАНЭБ / В. Купер, зам.директора по науке НПЦ «ПАЛС», к.т.н.