8. Д

   26

   ержавний комітет земельних ресурсів. Його обов’язком є спостереження за структурою землекорис­тування, станом і якістю ґрунтів, рослинного покриву, осушуваних та зрошуваних земель, берегових ліній рі­чок, озер, заток;

9. Державне житлове комунальне господарство. Організація забезпечує спостереження за станом питної води, стічної води каналізаційної мережі, зелених на­саджень.

Головними принципами, на основі яких організову­ються спостереження за довкіллям, є: комплексність, що передбачає узгоджену програму необхідних робіт; синхронність функціонування всіх систем спостере­жень; систематичність спостережень за станом довкіл­ля і техногенними об’єктами, що впливають на нього; узгодженість термінів проведення спостережень із ти­повими гідрометеорологічними ситуаціями.

В Україні стан атмосферного повітря відстежують у 53 містах різних областей на 162 стаціонарних постах спостережень за забрудненням (СПЗ) і на двох станціях транскордонного моніторингу: «Світязь» (Волинська обл.) та «Рава-Руська» (Львівська обл.). В атмосферно­му повітрі визначається вміст 33 забрудяиків, зокрема оксидів азоту, діоксиду сірки, оксиду вуглецю, пилу, формальдегіду, важких металів, бенз(а)пірену. Сносте реження за хімічним складом опадів та снігового покри­ву проводять на 48 метеостанціях. Найпоширенішими забрудниками, які потрапляють у ґрунти і водні об’єк­ти, є йони сульфатів, хлору, амонію, гідрокарбонатів, нітратів, кальцію, натрію, калію та магнію. Спостере­ження за хімічним складом та якістю поверхневих вод України проводять на 139 водних об’єктах (річки, во­доймища, озера) у 215 пунктах.

Однак у наявних системах спостережень за станом довкілля України збирання і оброблення інформації пе­реважно не автоматизовані, засновані на лабораторно- хімічних методах аналізу проб і використовуються зде більшого для статистичного аналізу, значно рідше — для прийняття оперативних управлінських рішень. Не вироблено єдиної методологи збирання, оброблен­ня, накопичення і передавання моніторингової інфор­мації, не узгоджено функціонування окремих відом­чих моніторингових систем. Розподіл функцій моніто­

рингу по різних відомствах спричинює дублювання зу­силь, знижує ефективність системи моніторингу й ут­руднює доступ громадян, державних організацій до необхідної інформації. У зв’язку з цим створена Дер­жавна система моніторингу довкілля (ДСМД), яка ви­значила спільні завдання різних служб для комплек­сного спостереження, оцінювання і прогнозування стану довкілля.

6. Спеціальні методи спостережень за рівнем забруднення природного середовища

Достовірність інформації про стан і рівень забруд­нення об’єктів навколишнього середовища залежить від добору методів аналізу даних. Як правило, для пев­них ситуацій необхідно добирати методи спостережен­ня і дослідження, які допомагають отримати різнобічну і якомога точнішу інформацію. Для цього можливостей одного методу часто виявляється недостатньо, тому для підтвердження, перевірки, розширення спектру даних використовують різноманітні методи, які дають змогу побачити об’єкт дослідження тгі д різними кутами зору і в різних вимірах.

Під час дослідження стану довкілля використову­ють методи якісного (діагностують наявність певного хімічного елемента, сполуки) і кількісного (визнача­ють кількість (концентрацію) хімічного елемента, сполуки у довкіллі) аналізів довкілля. Залежно від параметрів, які підлягають вимірюванню, методи кількісного аналізу поділяють на хімічні, фізико-хі- мічні, фізичні та біологічні. Вибір конкретного мето­ду дослідження залежить від вмісту аналізованої ре­човини і хімічного складу досліджуваного об’єкта (табл. 1.1). Застосування певного методу при вивченні стану об’єктів довкілля дає змогу визначити інгреді­єнти, характерні лише для визначеного об’єкта до­слідження.

Таблиця 1.1 Методи визначення певних компонентів у об’єктах довкілля Метод	Визначення інгредієнтів в об’єктах довкілля
	У ґрунтах і донних мулах	У природних водах	У повітрі (газах і аерозолях)
Граві­ метричний	Вологість, мінеральний залишок, БіОг, АІ2О3, РегОз, карбонати	БО/-, нафто­продукти, зависі, мінеральний залишок	Запиленість (вміст пилових часток)
Титро­ метричний	СОз2", НСОз", СІ- 8042~, Са,	Оксисен (розчи­нений), СОг, СОз2-, БО/', СІ-, НгБ, ШІ4+, твердість води (загальна і карбонатна), ХСК, БСК5	Кислоти та кислотні оксиди
Фото­ метричний	N02“, N03", ІГ, Р043", АІ, Н§,Си, №ї4+	Колір, органічні речовини, НгБ, N02", N03", Р (неорг.), АІ, Си, Ее	СО, СБг, БОг, НСІ, НШз, АІ, Ее, РЬ, пестициди, деякі орга­нічні сполуки
Люмінес­ центний	Нафтопродукти	Нафтопродукти, хлорорганічні ароматичні сполуки, спирти, ацетон	Смолисті речовини, ароматичні вуглеводні, кетони
Фотометрія полум’я	N3, К	Іл, N3, К, Са	Ьі, Се, К
Емісійна спектро­ метрія	Метали, мікроелементи, бор	Ьі, N3, К, Са, Бг, Ва, Си, АІ, Ее, РЬ	Ве
Атомно- абсорбційна спектро­ скопія	Си, N1, гп, РЬ, Сг	Са, Мд, Си, РЬ, Н§ та ін.	са, Бг, Си, РЬ та ін.
Кінетичні і хемілюмі­несцентні	Катіони важких металів	Мп, Си, N1, Ее (III), амінокислоти	Озон
Потенціо­ метричні	рН, Р-, N03", К, Са	рН, Е-, N03", К,Са, Си, СІ", окисно-відновний потенціал	НЕ, ненасичені органічні сполуки
Радіо­ метричні	вг- 90, Се-13 7, 11-238	вг-90, Сз-137, и-238, Ри-239	Бг-90, Се-137
Хромато­ графічні	Нафтопродукти, хлорорганічні сполуки, вугле­водні, пестициди	N3, К, Шї4+, Mg, БО/", СГ, Са, органічні сполуки	СО, СОг, вОг, СІ2, ССІ4, АІ, Си, органічні сполуки

Хімічні методи кількісного аналізу концентрації хі­мічних елементів (сполук) у довкіллі. Вони ґрунтують­ся на виявленні певних речовин за допомогою хімічних реакцій.

До хімічних методів належать титрометричний і гравіметричний методи.

Титрометричний (об'ємний) метод аналізу. Він ґрунтується на вимірюванні об’єму розчину реагенту ві­домої концентрації, витраченого на взаємодію з аналі­зованою речовиною за умови, що речовини вступають у реакцію в концентраціях 10”¹—10~³ моль/л. Цим мето­дом визначають загальну і карбонатну твердість води, хімічне споживання кисню, біохімічне споживання кисню, кислотність, лужність, вміст розчиненого кис­ню, концентрацію катіонів меркурію, заліза (II), аніо­нів БОЇ“, СІ“, в^2- тощо.

Гравіметричний метод аналізу. Цей метод основа­ний на кількісному переведенні аналізованого компонен­та в малорозчинну сполуку і зважуванні продукту після виділення, промивання, висушування чи прожарювання. Застосовують його при концентрації речовини в розчині не нижче 10 ²—10“³ моль/л. Гравіметричним методом визначають у природних і стічних водах наявність залі­за (III) та алюміній, які присутні у формі оксидів, хлори­ди — А^СІ, сульфати — Ва30₄ (у кислому середовищі), ба­гато металів (у вигляді малорозчинних сполук з органіч­ними реагентами) — оксихінолінати, дитизонати та ін.

Фізико-хімічні методи кількісного аналізу концен­трації хімічних елементів (сполук) у довкіллі. Ці мето­ди ґрунтуються на хімічних реакціях, однак за їх допо­могою визначають фізичну характеристику (оптичну густину, електропровідність, окисно-відновний потен­ціал), що залежить від вмісту аналізованої речовини. До цієї групи належать фотометричний і хроматогра­фічний аналізи.

Фотометричний аналіз. Він охоплює всі методи, які базуються на поглинанні світла речовиною чи про­дуктом реакції в ультрафіолетовій (УФ), видимій та інф­рачервоній (14) частинах електромагнітного спектра. Вони є придатними для визначення всіх хімічних еле­ментів, крім інертних газів. З їх допомогою визначають як макро-, так і мікрокількості (до 10~⁸ %) аналізовано­го компонента. Широко їх застосовують при аналізі при­родних об’єктів (повітря, поверхневих вод, ґрунту, дон­них нулів, рослин), стічних вод, газоподібних викидів, відходів промисловості. Наприклад, катіони воді визна­чають у вигляді діетилдитіокарбонату міді жовтого ко­льору або аміачного комплексу [Си(Г'Ш₃)₄]!30₄ волошко- во-синього кольору; залізо (ПІ) — у вигляді роданітного комплексу Ге (8СК)₃ криваво-червоного кольору чи сульфосаліцилату (залежно від рН середовища окремо можна визначити вміст Ре(П) і Ре(Ш)); А1³ утворює ро­жеві комплекси з алюміноном в ацетатному буфері.

Хроматографічний аналіз забезпечує розподіл, якісне виявлення та кількісне визначення компонентів рідких і газоподібних сумішей. Ґрунтується він на різ­ному їх розподілі між рухомою і нерухомою фазами. Завдяки йому вдалося, наприклад, швидко виявити стафілококове та мікозне ураження ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Хроматографічними методами в організмі ви­являють алкалоїди, що спричинюють отруєння.

Для аналізу складних органічних проб використову­ють рідинну хроматографію. В установках рідинної хроматографії (як і в газових) використовують різнома­нітні детектори: ультрафіолетовий, електрохімічний, детектор з діодною матрицею, флюорометричний. Засто­сування електрохімічного детектора дає змогу визнача­ти сполуки при їх вмістї 10 ¹² г в 1 мл проби. Найбільшу чутливість при визначенні сполук з малими ГДК (біо­генні аміни, полі ароматичні вуглеводні, гормони, ток­сини) має флюорометричний детектор.

Послуговуючись методом газорідинної хроматогра­фії, визначають склад стічних вод нафтопереробних і хіміко-фармацевтичних підприємств, заводів органіч­ного синтезу.

Газова хроматографія характеризується високою розподільною здатністю, гнучкістю завдяки застосуван­ню різних детекторів, найпоширенішим серед яких є полуменево-йонізадійний. Для визначення галогено- вуглеводнів застосовують детектор електронного захоп­лення, а за допомогою спеціального N /Р-детектора ви­являють азото- і фосфоровмісні агрохімічні препарати.

Кількісною характеристикою газової та рідинної ад­сорбційної хроматографії є висота або площа хромато­графічного піка, які пропорційні вмісту компонента в дослід жуваній суміші.

Під час розділення сумішей методом тонкошарової хроматографії (її різновид — паперова хроматографія) отримують забарвлені плями окремих компонентів; безбарвні сполуки проявляють фізичним (УФ-опромі- нення) або хімічним (обробка реагентом, який утворює забарвлені сполуки з речовинами, наприклад аміно­кислоти набувають блакитного кольору після обробки їх розчином нінгідрину) способом. Так відбувається якісне виявлення компонентів суміші. Кількісний склад визначають за площею плями або розчиняють вміст у розчиннику і аналізують одним із методів. Мето­дом тонкошарової хроматографії розділяють амінокис­лоти і барвники рослин, визначають активність ґрунто­вої фауни за продукцією амінокислот.

Ионообмінна хроматографія дає змогу після попе­реднього розподілення і послідовного вилучення компо­нентів суміші з розподільної колонки визначити вміст елементів з подібними хімічними властивостями фото­метричним, титрометричним чи інгптгм способами. Цим методом виявляють загальну твердість води, вміст каті­онів важких металів у воді, ґрунті, донних мулах. Йон- на хроматографія забезпечує визначення понад 70 аніо­нів неорганічних і органічних кислот, катіонів лужних і лужноземельних металів у воді, продуктах, лікар­ських препаратах тощо.

Молекулярно-ситову хроматографію використову­ють для розділення речовин на основі різних розмірів їх молекул. У такий спосіб можна розділити, наприклад, мономерні і полімерні гідроксокомплекси алюмінію, які у разі їх надлишкової кількості в природних водах мають різну токсичність і механізм дії на гідробіонти.

Електрохімічні методи аналізу. їх сутність полягає в дослідженні електрохімічних властивостей проб. До них відносять потенціометрію, вольтами єром етр і ю та кондуктометрію.

Потенціометрія. Вона охоплює методи, що перед­бачають вивчення хімічних процесів, які змінюються в результаті хімічних реакцій потенціалу електрода, за нуреното у досліджувану суміш.

Абсолютна потенціометрія дає змогу виміряти по­тенціал Е і за рівнянням Нернста обчислити концентра­цію йона в речовині. Цей метод використовують для визначення рН природних і стічних вод за допомогою скляного електрода. Йоноселективні електроди забез­печують встановлення вмісту нітратів у рослинах і про­дуктах, концентрації катіонів натрію, калію, кальцію, магнію, міді, аніонів хлору, брому, йоду та ін.

Потенціометричне титрування використовується для аналізу забарвлених і каламутних середовищ, ви­значення в них різноманітних сполук. Потенціометричні біодатчики використовують для визначення концентрації пестицидів у складних багатокомпонентних системах.

Вольтамперометрія. Цю групу методів поділяють на два типи:

• полярографічний аналіз, що ґрунтується на про­цесі електролізу і вивченні залежності сили струму від прикладеної напруги. Цим методом у природних водах і ґрунтах визначають вміст цинку, кадмію, свинцю, міді з попереднім екстракційним відокремленням токсич­них елементів — залишкову кількість свинцю у вино­градному соку з чутливістю 0,002 мг/л; токсичні еле­менти в продуктах, повітрі, стічних водах; концентра­цію вітамінів, ферментів, гормонів в організмі людини; діагностують захворювання;

• амперометричне титрування, яке дає змогу визна­чати аніони, для яких немає точних і швидких титро­метричних методів: С₂01~, БО/“, СО3^-, РО|~, МоО|~, а та­кож багато органічних сполук.

Абсорбційна інверсійна вольтамперометрія є мето­дом визначення понад 40 катіонів металів, аніонів, ор­ганічних сполук (білків, ферментів, лікарських препа­ратів, пестицидів, стимуляторів росту тварини) у різ­них екологічних об’єктах.

Кондуктометрію (аналіз за електричною провід­ністю). Метод використовують для визначення концен­трації розчинених солей у питних водах і водах для теплообмінного обладнання (пряма кондуктометрія). Кондуктометричним титруванням встановлюють склад сумішей кислот у водному і водно-органічному середо­вищах, катіони й аніони. Титруванням розчином ВаС1₂ визначають сульфати, хромати, оксалати, карбонати, цитрати; трилоном Б за різних значень рН аналізують суміші катіонів металів без попереднього їх розділення.

Фізичні (інструментальні) методи аналізу концен­трацій хімічних елементів (сполук) у довкіллі. Це кількісні аналітичні методи, для виконання яких необ­хідна електрохімічна, оптична, радіохімічна та інша апаратура, а також методи, що ґрунтуються на емісії чи абсорбції випромінювання: фотометрія, спектральний аналіз, атомно-абсорбційний спектральний аналіз, мас- спектрометрія, метод ядерного магнітного резонансу.

Фотометричний метод. Він полягає у порівнянні оптичної щільності досліджуваної та контрольної ріди­ни. Цим методом кількісно визначають понад 70 хіміч­них елементів, зокрема катіони лужних і важких мета­лів у природних водах.

Спектральний аналіз. Метод є фізичним способом визначення складу та будови речовини за її спектром — упорядкованим за довжиною хвилі електромагнітним випромінюванням. Для збудження речовини викорис­товують полум’я пальника, енергію електричної дуги, іскри. Спектральний аналіз дає змогу встановити еле­ментний, нуклідний і молекулярний склад речовини, її будову (атомно-емісійний спектральний аналіз).

Атомно-абсорбційний спектральний аналіз ґрунту­ється на визначенні концентрації речовини за поглинан­ням шаром атомної пари елемента монохроматичного резонансного випромінювання. Цей метод характеризу­ється універсальністю, простотою виконання аналізу і високою продуктивністю. Він дає змогу виявити велику кількість елементів у концентраціях 0,1—0,01 мкг/л і нижче. Метод атомно-абсорбційного спектрального ана­лізу є принципом роботи багатьох аналізаторів. Так, атомно-абсорбційний аналізатор МГА-915 — спектро­метр із земанівською корекцією — застосовують для еле­ментного аналізу природних, питних і стічних вод, ґрун­тів, біологічних проб повітря (при об’ємі проби 40 мкл межі визначення окремих елементів становлять: Zn —

0. 004, С<і і Сг — 0,03, Си — 0,07, РЬ — 0,12 мкг/л).

Мас-спектрометрія основана на розділенні газопо­дібних йонів у магнітному полі залежно від відношення величини маси йона до його заряду, яке впливає на інтенсивність сигналу. Особливістю методу є дослі­дження малих об’ємів проб і висока вибірковість. Засто­совують його переважно для визначення відносних ізо­топних мас та ізотопного вмісту елементів, а також відносних молекулярних мас і структури органічних речовин. Мас-спектрометрією виявляють у ґрунті над­звичайно небезпечну забруднюючу речовину — тетра- хлордибензолдіоксин у концентрації 10“⁶ мг/кг.

Метод ядерного магнітного резонансу (ЯМР). Він відображає взаємодію магнітного моменту ядра молеку­ли речовини із зовнішнім магнітним полем. Він дає змо­гу працювати у широкому діапазоні концентрацій, виз­начати, зокрема, вміст різних форм алюмінію та інших металів у природних водах і є дуже ефективним.

Люмінесцентні методи аналізу хімічних речовин (сполук) у довкіллі. Тривалий час у більшості екологіч­них, технологічних, біохімічних лабораторій домінува­ли фотометричні методи. Однак зниження ГДК і необ­хідність виявлення забруднюючих і токсичних речовин у надзвичайно малих концентраціях зумовили широке впровадження методів люмінесценції, які мають високу селективність, дають змогу працювати з малими об’єма­ми, що зумовлює їх переваги над фотометричними мето­дами. Репрезентують цю групу методів люмінесцентний аналіз, сортовий аналіз, хемілюмінесцентний аналіз.

Люмінесцентними методами аналізують природні й стічні води, повітря, ґрунт, продукти, виявляють наф­топродукти — до 0,005 мг/л; феноли — до 0,0005; кад­мій — до 0,0005; мідь — 0,05; у питній воді — свинець у концентрації до 0,005 мг/л; бенз(а)пірен — до 0,00002 мг/л (ГДК цього забруднювача у повітрі населених пунктів —

0. 0000001 мг/м³).

Люмінесцентний аналіз ґрунтується на здатності речовин випромінювати світло під дією різних збудни­ків: ультрафіолетового (УФ) випромінювання або види­мого світла (фотолюмінесценція), розламування (трібо- люмінесценція), енергії хімічної реакції (хемілюмінес­ценція), яка дуже поширена в живій природі: світяться окремі види молюсків, ракоподібних, глибоководних риб, червів внаслідок взаємодії кисню з люциферином. Ця реакція каталізується ферментом люциферазою, а явище називають біолюмінесценцією. Деякі мінерали, наприклад флюорит CaF₂, світяться при дії на них ульт­рафіолетового випромінювання, що використовують для безконтактного пошуку корисних копалин, зокре­ма нафти, виявлення плям нафти і нафтопродуктів на поверхні ґрунту чи водної поверхні Світового океану.

Сортовий аналіз (передбачає фіксування світла, що випромінюють досліджувані матеріали) застосовують для визначення якості зерна (свіже і зерно, що псуєть­ся, світяться по-різному в УФ-променях), різних видів палива, виявлення забруднень, сурогатів, підробок.

Хемілюмінесцентний аналіз оснований на здатності продуктів хімічних реакцій світитися, коли один з ком­понентів реакції опиняється у збудженому стані. Аналіз виконують за допомогою сумішей: люмінол + пероксид гідрогену (при рН>8,5); люцигенін -І- пероксид гідроге­ну (рН>9 — виникає блакитна люмінесценція); сило- ксен + окисник (рН<5,0 — рожева люмінесценція). Ка­талізують ці реакції метали Сг(ІІІ), Мо(УІ), Ш(ІУ), Мп(ІІ) та ін. Інтенсивність люмінесценції прямо про­порційна концентрації каталізатора (швидкості хіміч­ної реакції), тому хемілюмінесценцію застосовують у кінетичних методах аналізу. Метод дає змогу визначати метали у надзвичайно малих кількостях (до 1СГ⁸ % ).

Кількісний хемілюмінесцентний аналіз полягає у вимірюванні інтенсивності або кількості виділеного в хімічній реакції світла фотографічним методом і за до­помогою хемілюмінесцентних фотометрів. Хемілюмі­несцентним методом визначають наявність мастил, кау­чуків, вітамінів, бітумів. Це один з найчутливіших мето­дів, який дає змогу виявити 10—10 ⁴ мкг/мл речовини.

Радіометричні методи аналізу концентрацій хі­мічних речовин (сполук) у довкіллі. Основою їх є вияв­лення й вимірювання природної і штучної радіоактив­ності. Для кількісної характеристики радіоактивності послуговуються поняттями «абсолютна активність радіо­активних речовин», яку вимірюють у кюрі, і «питома активність» (радіоактивність одиниці маси речовини, тобто міри відносного вмісту радіонуклідів у досліджу­ваному зразку), яку виражають кількістю розпадів за хвилину або секунду і вимірюють у беккерелях.

За природною радіоактивністю можна кількісно визначити понад 20 хімічних елементів, зокрема уран, торій, радій, актиній. Калій можна виявити у воді в концентрації 0,05 моль/л. Природна радіоактивність вказує на наявність уранових руд, чим користуються під час їх пошуку за допомогою авіації та супутників. Радіонукліди застосовують для виявлення пошкоджень у газопроводах, місцях витікання води з магістральних колекторів стічних і каналізаційних вод.

До радіометричних методів аналізу концентрації хі­мічних речовин належать такі:

• активаційний аналіз (опромінення нерадіоак- тивних елементів нейтронами, протонами та іншими високоенергетичними часточками, внаслідок чого вони набувають радіоактивності);

• відносний метод аналізу (опромінення за однако­вих умов досліджуваного зразка й еталона з відомим вмістом елемента, який є об’єктом дослідження. Часто зразок після опромінення розчинюють, концентрують його методами осадження, співосадження, екстракції, хроматографії і визначають активність продуктів розді­лення);

• ізотопне розбавлення (введення ізотона елемента в аналізований розчин, що набуває активності; відтак цей елемент переводять в осад (екстрагують, хромато- графують) і визначають активність розчину після його видалення. За різницею визначають активність осаду (екстракту, елюату) і обчислюють вміст компонента в зразку);

• рентгеноспектральний аналіз (ґрунтується на послабленні інтенсивності рентгенівського випроміню­вання під час проходження крізь пробу. У рентгенофлю- оресцентному аналізі на пробу діє первинне рентгенів­ське випромінювання, під впливом якого виникає вто­ринне рентгенівське випромінювання проби, характер якого залежить від якісного та кількісного складу ана­лізованої речовини).

Біологічні та біохімічні методи аналізу кількості хімічних речовин (сполук) у довкіллі. їх основою є дослі­дження реакцій рослин, тварин і мікроорганізмів на дію певного чинника. Зміни в організмах можуть стосу­ватися активності ферментів, проникності мембран, зміни інших органел клітини, окремих органів, систем, організму загалом, популяції, екосистеми.

Біологічні методи використовують при дослідженні стану довкілля (біоіндикація). Тест-об’єктами при ви­вченні дії токсичних речовин (визначення ГДК і леталь­них доз), фармакологічного ефекту лікарських препа­ратів найчастіше бувають живі організми. Біологічні методи ефективні при аналізі біологічно активних речо­вин: антибіотики аналізують за їх спроможністю зупи­няти ріст мікроорганізмів; серцеві глікозиди здатні припиняти роботу ізольованого серця жаби; накопичен­ня фенольних сполук у листі рослин сигналізує про стресову ситуацію.

Здебільшого визначають активність ферментів, ос­кільки вони мають високу чутливість, вибіркову дію, дають змогу численним хімічним реакціям у живому організмі відбуватися за звичайних умов (амілаза ката­лізує розщеплення вуглеводів, глюкозооксидаза — окислення Д-глюкози).

Активність біохімічних каталізаторів залежить від багатьох чинників, оскільки вони мають білкову приро­ду, а саме від рН середовища, наявності окремих катіо­нів металів, що можуть підвищувати чи знижувати їх активність, окисно-відновний потенціал тощо.

Коливання активності ферментів фіксують спе­ціальні електроди на підставі зміни концентрації суб­страту чи метаболіту. Вивчення ферментних реакцій має велике значення при дослідженні функцій і вияв­ленні концентрацій мікроелементів та інших біологічно активних сполук. Активність ферментів може бути тес­том при моніторингу забруднення довкілля деякими ре­човинами, зокрема важкими металами, що діють як ферментні отрути, кислотними оксидами тощо.

З метою контролювання стану поверхневих природ­них вод використовують методи біотестування. На­приклад, зміна статичного стану п’явки медичної на ди­намічний, динаміка виживання та плодючості дафнії магна, біолюмінесценція окремих видів бактерій тощо є свідченням наявності різних забруднювачів.

Широкий вибір методів спостережень за рівнем за­бруднення природного середовища дає змогу цілісно оцінити стан довкілля і встановити найменші концен­трації речовин у незабруднених об’єктах фонових райо­нів і високі значення їх концентрацій за антропогенної дії протягом тривалого часу.

Запитання. Завдання.

1. Охарактеризуйте блок-схему системи моніторингу.

2. Проаналізуйте методи спостережень за рівнем забруднення природного середовища.

3. У чому полягає сутність методів прогнозування? Обгрунтуйте мету прогнозування стану довкілля.

4. Наведіть приклади організації спостережень за станом при­родного середовища із зазначенням служб, що їх здійснюють.

5. Здійсніть порівняльний аналіз різних концепцій моніторингу, виокремте їх переваги і недоліки.

Які антропогенні фактори потребують особливої уваги при ор­ганізації моніторингу довкілля?2.

Рівні, види моніторингу довкілля

Антропогенний вплив на біосферу розподілений не­рівномірно. В одних географічних зонах він майже від­сутній (центральна частина Антарктиди, південна частина Південного океану, заповідники на різних кон­тинентах ), в інших — спричинює відчутні зміни пер­винних екосистем, рельєфу, навіть особливостей місце­вості (райони інтенсивного розвитку промисловості, відкритих розробок копалин, інтенсивного ведення сіль­ського господарства, урбанізовані території). Унаслі­док антропогенної дії природні середовища таких райо­нів забруднені невластивими для них елементами (хі­мічними речовинами, їх сполуками). Таке становище зумовлює здійснення певних видів моніторингу на різ­них рівнях.

1. Принципи класифікації систем моніторингу

Для вивчення природних процесів, що відбуваються в екосистемах і біосфері, використовують методи спосте­режень і досліджень різних галузей знань (геології, гід­рогеології, метеорології, хімії, біології, фізики, еколо­гії, ґрунтознавства).

Залежно від мети здійснюють моніторинг компонен­тів біосфери (атмосфери, гідросфери, літосфери), біоло­гічний, екологічний моніторинги, моніторинг чинників впливу, джерел забруднення та інші його види на різ­них територіальних рівнях. З огляду на предмет спосте­режень виокремлюють абіотичний, геофізичний, фізич­ний, хімічний, санітарно-токсичний види моніторингу. Цим далеко не вичерпується класифікація систем моні­торингу, оскільки в наукових дослідженнях і практич­ній діяльності керуються різноманітними підходами і принципами (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 Класифікація систем моніторингу Принципи класифікації	Наявні або розроблювані системи (підсистеми) моніторингу
Універсальні системи (територіально- просторово організовані)	Глобальний моніторинг (базовий, регіональний, імпактний рівні), у т.ч. фоновий і палеомоніто- ринг, державний, міждержавний, міжнародний моніторинги (моніторинг транскордонного переносу забруднюючих речовин)
Реакція основних складових біосфери	Геофізичний, біологічний (у т.ч. генетичний), екологічний, медико-біологічний, кліматичний, біоекологічний, геоекологічний, біосферний моніторинги
Ступінь антропогенного порушення середовища	Моніторинг антропогенних змін в атмосфері, гідросфері, ґрунті, кріосфері, біоті. Моніторинг джерел забруднення, інгредієнтний моніторинг (окремих забруднюючих речовин, радіоактивних випромінювань)
Просторово- часовий підхід	Дистанційний, авіаційний, космічний, історичний моніторинги

Різні види моніторингу можна проводити на певних територіальних рівнях: локальному, регіональному, глобальному (табл. 2.2), які відрізняються площею охоплення, мережею, програмами спостережень, об’єк­тами і предметами дослідження.

Об’єктами спостереження можуть бути:

• окремі місця і зони, розміри яких не перевищу­ють десятки кілометрів (локальний моніторинг);

• локальні джерела підвищеної небезпеки: терито­рії поблизу місць поховання радіоактивних відходів, зо­ни впливу АЕС, хімічні заводи (імпактний моніторинг);

Таблиця 2.2 Рівні моніторингу Параметр	Локальний	Регіональний	Глобальний
Площа, охоплена системою моніто- 2 рингу, км	10і —ю2	103—106	До 107—108
Відстань між пунктами відбору проб, км	0,01—10	10—500	До 3000—5000
Періодичність досліджуваних процесів	Дні — місяці	Роки	Десятиліття — століття
Частота спостережень	Хвилини — години	Декада — місяць	2—6 разів на рік
Кількість компонентів, що спосте­рігаються	3—30	120—1500	10®—106
Точність	Частки ГДК	До 30%	Десяті частки, %
Оперативність видачі інформації	У реальному масштабі часу	Через 1—3 місяці з початку відбору проб	Роки з дня відбору проб

• території площею до тисяч квадратних кілометрів (регіональний моніторинг);

• загальносвітові процеси і явища в біосфері та в екосфері Землі (глобальний моніторинг).

Система моніторингу на глобальному рівні, як пра­вило, вибірково охоплює підсистеми регіонального та локального моніторингів.

За критерієм обрання предмета спостереження най­більшу практичну цінність мають екологічний, фоно­вий, глобальний, кліматичний види моніторингу.

Екологічний моніторинг і його завдання

Завдання екологічного моніторингу полягає у вияв­ленні в екосистемах змін антропогенного характеру. Для його здійснення придатні методи, що ґрунтуються як на окремих вимірюваннях параметрів забруднення біоти, реакції на дію антропогенних факторів, так і на безперервному визначенні інтегральних показників на великих територіях.

Екологічний (грец. oikos — оселя і logos — слово) моніторинг (англ. monitoring, від лат. monitor — той, що спостерігає) — ком­плексна підсистема моніторингу біосфери, яка охоплює спостере­ження, оцінювання і прогнозування антропогенних змін (біологіч­них, геофізичних) стану біосфери загалом і екосистем, спричине­них дією забруднювачів, сільськогосподарським використанням земель, вирубуванням лісів, урбанізацією, а також оцінювання екологічної рівноваги в екосистемах.

Екологічний моніторинг передбачає обов’язковість спостережень на таких рівнях:

1. імпактний рівень — спостереження за територія­ми, які піддаються антропогенному впливу, що зумов­лює небезпечні або критичні наслідки;

2. регіональний рівень — спостереження за процеса­ми та явищами в межах певного регіону;

3. фоновий (базовий) рівень — глобальні, регіональ­ні спостереження за станом екосистем і прогнозування в них змін, що відбуваються без прямого впливу антропо­генних факторів.

Для створення системи екологічного моніторингу довкілля необхідні:

• районування території (розподіл усієї території, на якій буде здійснюватися екологічний моніторинг на таксони — групи споріднених за певними ознаками об’єктів різних розмірів і екологічної значущості: ланд­шафтні райони в межах області, адміністративних ра­йонів, водозбірні басейни, міські агломерації, агропро­мислові комплекси);

• створення мережі об’єктів спостереження (розмі­щування на підконтрольній території місць (об’єктів) спостереження стану компонентів природного середови­ща (атмосферного повітря і опадів, поверхневих, ґрунто­вих, підземних вод, ґрунту і рослинності);

• визначення методів і показників, які необхідно контролювати.

Екологічний моніторинг довкілля в межах території країни, регіонів, областей, районів, міст здійснюють з дотриманням вимог щодо масштабів проведення робіт і картографування їх результатів. Базовими є такі мас­штаби проведення екологічних досліджень:

а) на державному рівні — 1:1 000 000 і 1:500 000;

б) на регіональному рівні — 1:500 000 і 1:200 000;

в) на обласному рівні — 1:200 000 і 1:100 000;

г) на районному рівні — 1:50 000 і 1:25 000;

ґ) на рівні полігона — 1:10 000 і 1:5000;

д) на рівні об’єкта — 1:2000 і 1:500.

Використання будь-якого масштабу екологічних

досліджень і картографування довкілля ґрунтується на єдиному принципі: 1 см² розграфування міжнародної карти повинен відповідати щонайменше одному об’єк­тові спостережень, від якого інструментальними або розрахунковими методами можна отримати необхідну екоінформацію і використовувати її на різних рівнях узагальнення або деталізації. Відповідно до масштабів екологічних досліджень створюють єдину мережу реп­резентативних пунктів (об’єктів) спостереження дов­кілля в межах країни, яка може надати повну інформа­цію про екологічний стан об’єктів моніторингу, ділянок ландшафтів у межах адміністративних, ландшафтних районів, кордонів адміністративних областей, природ­них регіонів, території держави загалом.

Для здійснення екологічного моніторингу необхідно зосередитися на найхарактерніших видах і ознаках екосистеми, вивчити реакції елементів біосфери на ант­ропогенний вплив за допомогою натурних і лаборатор­них експериментів, математичного моделювання, ана­лізу результатів польових спостережень, які дають змо­гу виявити основні тенденції зміни екосистеми, знайти залежності між дією різних факторів та біологічними реакціями.

Польові спостереження проводять у природних умовах. їх широко використовують для оцінювання стану ґрунту (агрохімічні, агрофізичні, біохімічні дослі­дження), рослинних угруповань (фенологічні спосте­реження, ботанічні, фізіологічні дослідження), кліма­тичних умов, забруднення довкілля. Однак за допомо­гою таких спостережень не завжди можна з’ясувати лімітуючі фактори середовища, які є визначальними для стійкого функціонування екосистеми, природного району, що спонукає до використання експеримен­тальних методів.

Експериментальні дослідження проводять у польо­вих або лабораторних умовах з метою вивчення й аналі­зу впливу різних антропогенних факторів на складні біо­логічні системи. Використовуючи їх результати, моде­люють можливі зміни середовища, виявляють фактори, що їх спричинюють.

Математичне моделювання дає змогу встановити за­лежності між дією факторів та реакцією біоти в склад­них екосистемах, дослідити чутливість екосистеми до конкретного фактора, спрогнозувати майбутній стан екосистеми й обґрунтувати оптимальну кількість пара­метрів і показників, за якими необхідно проводити спо­стереження.

Не менш складною проблемою при налагодженні екологічного моніторингу є вибір з великої кількості біо­логічних видів найрепрезентативніших і достатньо чут­ливих. Ними можуть бути рослини, тварини, мікроорга­нізми, гриби (біоіндикатори), життєві функції яких вза­ємопов’язані з певними чинниками середовища.

Біоіндикатори (грец. bios —життя і лат. indico — показую) — гру­па особин одного виду або угруповання, наявність, кількість або інтенсивність розвитку яких у досліджуваному середовищі є по­казником певних природних процесів, умов або антропогенних змін зовнішнього середовища.

За допомогою біоіндикаторів здійснюють біомоніто- ринг — спостереження за станом біотичної складової біо­сфери та її реакцією на антропогенні дії.

Значна кількість оганізмів чутлива до певних фак­торів середовища (хімічного складу атмосфери, ґрунту, вод, кліматичних і погодних умов, присутності інших організмів) і не може існувати за їх змін. Наприклад, лишайники є біоіндикаторами чистого повітря; за ком­плексами ґрунтових мікроорганізмів визначають тип ґрунту і його зміни тощо. Вони дають багато інформації для встановлення відхилення стану біоти від нормаль­ного на різних рівнях (молекулярному, клітинному, на рівні організмів, популяцій, угруповань).

Використовуючи біоіндикатори, здійснюють біотес- тування — оцінювання рівня забруднення навколиш­нього середовища. Найвикористовуванішими його ме­тодами є фітологічне картографування (оцінювання ступеня проектного покриття, тобто горизонтальної проекції наземних рослин на ґрунт порівняно з етало­ном (станом заповідної території)); аналіз змін у складі й чисельності рослинних, тваринних угруповань; ана­ліз явних ушкоджень організмів.

Стан біологічної системи при здійсненні екологічно­го моніторингу оцінюють, порівнюючи досліджуваний біогеоценоз (сукупність рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів певної частини земної поверхні) з ета­лонними зразками (природно-заповідні території). При цьому беруть до уваги:

• типовий для екологічної системи видовий склад живих організмів (визначають домінантні види, що ут­ворюють зовнішній вид екосистеми, і субдомінантні ви­ди, котрих в екосистемі менше, які характеризують ок­рему місцевість);

• обсяг первинної біологічної продукції (сформова­ної в результаті фотосинтезу біомаси рослин) і вторин­ної (біомаси, акумульованої гетеротрофними організма­ми, що споживають готову органічну речовину інших організмів і продуктів їхньої життєдіяльності), яку про­дукує екологічна система за оптимальних умов;

• стабільність структури і різновидів окремих тро­фічних рівнів, тобто певних сукупностей організмів з різними типами живлення;

• швидкість обміну речовин і енергії в екосистемі, від чого залежить можливість її біологічного самоочи­щення;

• режим абіотичних умов та ресурсів, що характе­ризує можливість існування певних видів, популяцій.

При оцінюванні біологічної системи розрізняють функціональні (ріст, тривалість вегетації, стан) та структурні (коливання загальної чисельності, щільнос­ті, зміни у віковому та статевому станах популяції, ге­нетичні зміни) показники біоти. Завдяки безперервним щорічним спостереженням за біологічною системою вдається простежити зміни рослинних, тваринних уг­руповань, їх залежність від погодних умов, виявити тенденції, які характеризують трансформації видового складу і ґрунтово-рослинного покриву.

Отже, екологічний моніторинг довкілля передбачає постійні, систематичні фізичні, хімічні і біологічні спостереження і виміри певних складових природних і антропогенно змінених екологічних систем.

Фоновий моніторинг, його роль в оцінюванні і прогнозуванні глобального стану біосфери

Дослідження екологічних змін і організація еколо­гічного моніторингу на фоновому рівні передбачає спо­стереження у віддалених від локальних джерел забруд­нення зонах, тобто фонові спостереження, сутність яких полягає у відстежуванні змін стану атмосфери, ґрунту, природних вод, структури земної поверхні на територі­ях, на які безпосередньо не діють антропогенні фактори.

Фоновий моніторинг — багаторічні комплексні спостереження за визначеними об’єктами природоохоронних зон для оцінювання і прогнозування змін стану екосистем, віддалених від об’єктів про­мислової і господарської діяльності.

Основним завданням фонового моніторингу є з’ясу­вання і фіксація показників, що характеризують природ­ний фон (стан природного середовища, який не зазнав прямого впливу людської діяльності), а також глобальні й регіональні зміни в процесі розвитку біосфери. Його ор­ганізовують у біосферних заповідниках, де вивчають, контролюють і прогнозують антропогенні зміни біосфе­ри, абіотичних факторів середовища, а також внутрішні процеси і явища, що відбуваються в екосистемах.

Фоновий глобальний стан біосфери вивчають на фоно­вих станціях, які формуються зі стаціонарного спостере- жувального полігона (ділянки для відбору проб, гідропос- ти, спостережувальні свердловини) і хімічної лабораторії, розміщених на територіях біосферних заповідників, де заборонена будь-яка господарська діяльність.

Біосферний заповідник — територія міжнародного значення, ви­окремлена з метою збереження різноманітності природно-тери- торіальних комплексів і генетичних ресурсів рослинного і тварин­ного світу, проведення наукових досліджень, фонового моніторин­гу та вивчення стану довкілля.

Натепер у 76 країнах світу функціонує до 300 біо­сферних заповідників. Площа кожного з них становить від 300 до 2 мнл.га. В Україні біосферними заповідника­ми, де проводять фонові спостереження, є Асканія-Нова (33 307,6 га), Чорноморський біосферний заповідник (100 809 га), Карпатський біосферний заповідник (57 880 га), Дунайський біосферний заповідник (46 402,9 га).

Якісний і кількісний фоновий стан природного сере­довища у далекому минулому, до початку впливу люди­ни, можна дослідити заданими історичного моніторин­гу — аналізу кілець загиблих або давніх дерев, проб льо­довиків, донних відкладень тощо.

Програма фонового екологічного моніторингу на ос­нові біосферних заповідників охоплює такі напрями:

• моніторинг забруднення природного середовища та інших факторів антропогенного впливу;

• моніторинг реакції біоти на антропогенний вплив, передусім на фонові рівні забруднення;

• спостереження за зміною функціональних і структурних характеристик еталонних (незайманих) природних екосистем і їх антропогенних модифікацій.

Програма фонового моніторингу формується з абіо­тичної та біотичної складових.

До абіотичної складової фонового моніторингу нале­жать спостереження за кліматичними, едафічними (ґрунтовими), гідрологічними, орографічними (рельєф­ними), геологічними умовами та явищами навколишньо­го середовища, які впливають на організми екосистеми. При цьому вимірюють гідрометеорологічні величини, концентрації хімічних речовин природного й антропо­генного походження у певних середовищах. Гідрометео­рологічні і геофізичні характеристики навколишнього природного середовища повинні містити дані про швид­кість і напрям вітру, атмосферний тиск і температуру по­вітря, вологість і кількість опадів, інтенсивність соняч­ної радіації, у т. ч. ультрафіолетового випромінювання, витрати, рівень і температуру води, вологість, тепловий баланс ґрунту. Спостереження за абіотичною частиною мають забезпечити інформацією про концентрацію хі­мічних речовин, їх сполук у навколишньому середовищі, про міграційні процеси, накопичення, трансформацію та кругообіг цих речовин. Визначаючи необхідність охоп­лення певних речовин програмою вимірювань у біосфер- них заповідниках, послуговуються такими критеріями:

1. поширення речовин, їх стійкість і мобільність у навколишньому середовищі;

2. здатність речовин до впливу на біологічні та геофі­зичні системи.

Деякі забруднюючі речовини, потрапивши у при­родне середовище, можуть змінити геохімічну рівнова­гу, легко мігрувати харчовими ланцюжками, накопи­чуватися у біоті й утворювати складні токсичні сполуки. За даними досліджень, найчастіше спричинюють пору­шення геохімічної рівноваги ртуть, кадмій і свинець. При оцінюванні змін природного кругообігу речовин, спричинених антропогенною діяльністю, використову­ють такі показники:

1. коефіцієнт технофільності — відношення щоріч­ного видобутку певного хімічного елемента до його за­гального вмісту в літосфері;

2. коефіцієнт геохімічної рівноваги — відношення су­марних викидів будь-якої речовини у навколишнє при­родне середовище до його загального вмісту в літосфері.

Враховуючи ці коефіцієнти, для кожної речовини встановлюють перелік середовищ, які потребують ви­вчення на фонових станціях у біосферних заповідниках (табл. 2.3).

Таблиця 2.3 Хімічні речовини, які підлягають вивченню на фонових станціях у біосферних заповідниках Назва хімічних речовин, які підлягають вивченню	Середовище
	атмосфера	атмосферні опади	поверхневі і підземні води	ґрунт	біота
1. Завислі речовини	+
2. Діоксид сірки	+
3. Озон	+
4. Оксид вуглецю	+
5. Оксиди азоту	+
6. Вуглеводи	+
7. Бенз(а)пірен	+	+	+	+	+
8. Хлорорга­нічні сполуки (ДДТ, ін.)	+	+	+	+	+
9. Важкі метали (свинець, ртуть, кадмій, миш’як)	+	+	+	+	+
10.Діоксид вуглецю	+
11. Фреони	+
12. Біогенні елементи (14, Р)		+	+	+	+
13. Аніони і катіони		+
14. Радіонукліди		+

У біосферних заповідниках спостерігають, оціню­ють і прогнозують забрудненість атмосферного повітря за вмістом у ньому важких металів (свинцю, кадмію, миш’яку, ртуті), забруднюючих речовин, що спричи­нюють глобальні зміни в атмосфері (діоксиду сірки, озону, оксиду вуглецю, оксидів азоту, вуглеводнів, бенз(а)пірену, хлорорганічних сполук (ДДТ та ін.), фреонів). На основі спостережень за фоновими рівня­ми забруднення атмосферного повітря цими речовина­ми розробляють моделі їх перенесення атмосферними фронтами з урахуванням гідрометеорологічних і тех­ногенних факторів.

Однією з передумов аналізу і прогнозування стану забруднення поверхневих і підземних вод, ґрунту та біо­тичної складової екологічної системи є спостереження за токсичними і небезпечними для екологічної системи забруднюючими речовинами: бенз(а)піреном, хлорорга­нічними сполуками (ДДТ та ін.), фреонами, біогенними елементами, важкими металами (свинцем, кадмієм, миш’яком, ртуттю).

Біотична складова фонового моніторингу охоплює оцінювання стану біоти (визначення коефіцієнта роз­множення, тривалості життя), прогнозування її реак­цій на незначну зміну природного середовища (встанов­лення залежності біоти від антропогенного забруднення в системі «доза — реакція»).

Станцію комплексного фонового моніторингу фор­мують стаціонарна ділянка спостережень і хімічна лабо­раторія. Ділянка (полігон) спостереження складається з майданчика для відбору проб, гідропостів, спостережу - вальних свердловин. На ній відбирають проби атмосфер­ного повітря, атмосферних опадів, вод, ґрунтів, рослин­ності, проводять гідрометричні та геофізичні вимірю­вання. Важливим елементом полігона є базова ділянка фонової станції — майданчик розміром 50 х 50 м, де роз­міщують устаткування для відбору проб, вимірювальні прилади для визначення хімічного складу і фізичних характеристик повітря. Розташовують її на відкритій, рівній ділянці, віддаленій від будівель, лісосмуг, пагор­бів. Хімічну лабораторію зводять не ближче 500 м від базової ділянки. У лабораторії обробляють і аналізують відібрані проби. На фонових станціях визначають і до­сліджують критерії екологічного моніторингу, уточню­ють методи контролювання, оцінювання та прогнозу­вання стану об’єктів спостереження.

Міжнародні фонові моніторингові станції належать до глобальної системи моніторингу навколишнього се­редовища.

Глобальна система моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС)

У середині XX ст. у біосфері відбувалися локальні і регіональні екологічні кризи. Згубний вплив людини на біосферу досяг глобальних масштабів і проявився у то­тальному забрудненні природних середовищ, інтенсив­ному використанні ресурсів природи, зміні геохімічних кругообігів елементів і потоків енергії в екологічних системах, що спричинило розвиток глобальної екологіч­ної кризи. У промислово розвинутих країнах руйнували­ся екологічні системи та виснажувалися природні ресур­си. Загалом на планеті було втрачено 20 % видів живих істот. Великі річки Європи (Рейн, Одер) перетворилися на стічні канави, де через непридатну для життєдіяль­ності якість води повністю зникла біота, у критичному стані опинилися Дунай і Сена. Активно поширювалася деградація ґрунтів (водна ерозія охопила 56 % площі зе­мель суходолу), хімічне і фізичне ушкодження земель, опустелювання території (загальна площа пустель і на­півпустель 48,4 млн. км², щороку вона збільшується на 6 млн. га), скорочення площ тропічних дощових лісів і тайги (призводить до зменшення кількості кисню, зник­нення деяких видів рослин і тварин), забруднення ат­мосфери (наслідком його є розвиток парникового ефек­ту, утворення озонової діри, кислотних дощів, смогів). Спрогнозувати можливі зміни біосфери з високою точніс­тю у той час було неможливо, оскільки спостереження за станом довкілля держави здійснювали лише на регіо­нальних рівнях за різними програмами. Тому в 1972 р. на Стокгольмській конференції ООН з навколишнього се­редовища було запропоновано створити Служби Землі, покликані здійснювати глобальний моніторинг довкіл­ля, оцінювання, дослідження та обмін інформацією, сво­єчасно попереджати про природні катастрофи й антропо­генні зміни стану довкілля, здатні спричиняти прямі та непрямі збитки здоров’ю людини.

Глобальний (франц. global — всесвітній, загальний) моніторинг — система спостережень за планетарними процесами і явищами, які відбуваються у біосфері, з метою оцінювання та прогнозуван­ня глобальних проблем охорони навколишнього природного се­редовища.

За результатами роботи Міждержавної наради з проблем моніторингу, що відбулася у Найробі (лютий 1974 р.), було сформульовано такі основні завдання гло­бального моніторингу:

1. Організація розширеної системи попереджень про загрозу здоров’ю людини.

2. Оцінювання глобального забруднення атмосфери та її впливу на клімат.

3. Оцінювання кількості і розподілу забруднення біо­логічних систем, особливо харчових ланцюгів.

4. Оцінювання критичних проблем, що виникають внаслідок сільськогосподарської діяльності й землеко­ристування.

5. Оцінювання реакції наземних екосистем на вплив навколишнього середовища.

6. Оцінювання забруднення океану і вплив забруд­нень на морські екосистеми.

7. Створення міжнародної системи попереджень про стихійні лиха.

Програма глобального моніторингу передбачає си­стематичне вивчення навколишнього середовища за єдиними правилами та уніфікованими методиками на 8 континентальних, 77 базових і 66 біосферних регіо­нальних станціях, розташованих у різних точках Землі. Вона охоплює спостереження, оцінювання і прог­нозування змін природних процесів, контролювання енергетичного і теплового балансу Землі (відношення надходження і витрат енергії на земній поверхні і в сис­темі «атмосфера — Земля»), спостереження за рівнями радіації, вуглекислого газу, кисню в тропосфері (частко­во в гідросфері), глобальним збільшенням фонового за­бруднення атмосфери, станом Світового океану, змінами клімату, міграційними шляхами тварин. За деякими з цих напрямів у багатьох країнах давно тривають успіш­ні дослідження та спостереження, за іншими — робота тільки розпочалася. Тому здебільшого необхідна не ор­ганізація нових служб, а максимально ефективне вико­ристання і розвиток наявних систем, їх доповнення, ра­ціональне й ефективне послуговування інформацією.

Сучасна глобальна система моніторингу навколиш­нього середовища охоплює всі природні зони, а також потенційно-небезпечні щодо забруднення компонентів середовища райони, виконуючи такі завдання:

• визначення рівнів окремих критичних забрудню­вачів у середовищі, аналіз їх розподілу в просторі та змі­нюваності в часі;

• вивчення розмірів і швидкості потоків забрудню­ючих речовин, їх перетворень і сполук;

• порівняння використовуваних у різних країнах методів спостережень та аналізу змін довкілля;

• забезпечення необхідною для прийняття управ­лінських рішень глобальною і регіональною інформа­цією;

• попередження про можливі природні й антропо­генні катастрофи.

Система глобального моніторингу реалізується на імпактному, регіональному, фоновому рівнях, для яких розроблені спеціальні програми.

Імпактний рівень глобального моніторингу (І) по­лягає у вивченні критичних забруднень на локальних територіях, спричинених одним або кількома джерела­ми викидів. Об’єктом спостереження може бути потен­ційно небезпечне підприємство (група підприємств), скиди або викиди якого за певних аварійних умов і ме­теорологічних характеристик (особливості циркуляції повітряних потоків) можуть спричинити глобальне за­бруднення довкілля.

Регіональний рівень глобального моніторингу (Р) охоплює вивчення міграції і трансформації забруд­нюючих речовин і їх сукупної дії, характерних для певних економічних регіонів чинників. Об’єктом дослідження є довкілля в межах конкретного регіо­ну (економічного району, адміністративної області, країни).

Фоновий рівень глобального моніторингу (Ф) перед­бачає фіксацію фонового стану довкілля з метою по­дальшого оцінювання рівня антропогенної дії. Спосте­реження проводять на базі біосферних заповідників, де заборонена будь-яка господарсько-виробнича діяль­ність і обмежений антропогенний вплив сусідніх тери­торій.

Програми спостережень формують на основі вибору пріоритетних забруднюючих речовин та інтегральних характеристик, використовуючи певну сукупність кри­теріїв. Ними можуть бути величина фактичного або по­тенційно можливого впливу забруднюючих речовин на здоров’я людини, стан екосистеми, клімат; здатність забруднюючих речовин до деградації в довкіллі, нако­пичення в організмі людини і харчових ланцюгах; здат­ність забруднюючих речовин утворювати шкідливі і токсичні сполуки; міграційна здатність; фактичні і можливі концентрації забруднювачів у довкіллі і в ор­ганізмі людини. Найпоширеніші забруднюючі речови­ни оцінюють в балах від 0 до 3 і розподіляють за цими критеріями на класи пріоритетності (табл. 2.4). Чим ви­щий клас, тим більший пріоритет забруднювача при ор­ганізації спостережень у певному середовищі (повітря, питна, морська вода, біота, їжа (внутрішнє надходжен­ня забруднюючих речовин до організму людини, твари­ни)) на відповідному рівні (імпактний, регіональний, фоновий).

Таблиця 2.4 Класифікація забруднюючих речовин за класами пріоритетності в ГСМНС Клас	Забруднююча речовина	Середовище	Рівень моніторингу
І	Діоксид сірки, зважені частки	Повітря	І, Р, Ф
	Радіонукліди	їжа	І, Р
	Озон	Повітря	І(тропосф.), Ф(стратосф.)
II	Хлорорганічні з’єднання,	Біота,	І,Р
	дюксини	людина
	Кадмій	Вода, їжа, людина	І
III	Нітрати, нітрити	Вода, їжа	І
	Оксиди азоту	Повітря	І
IV	Ртуть	Вода, їжа	І, Р
	Свинець	Повітря, їжа	І
	Діоксид вуглецю	Повітря	Ф
V	Оксид вуглецю	Повітря	І
	Вуглеводні нафти	Морська вода	Р,Ф
VI	Фториди	Прісна вода	І
VII	Азбест	Повітря	І
	Миш’як	Питна вода	І
VIII	Мікробіологічне забруднення	їжа	І,Р
	Реакцієздатні забруднювачі	Повітря	І

Визначення пріоритетних об’єктів під час організа­ції систем моніторингу залежить від його мети та зав­дань: на територіальному рівні перевагу надають про­мисловим містам, джерелам питної води, місцям нерес­ту риб; стосовно середовища спостережень основними є атмосферне повітря та вода прісних водойм, водотоків, морських акваторій.

Глобальний моніторинг здійснюють з використанням базових (для глобального фонового моніторингу дуже низьких фонових концентрацій найважливіших складо­вих атмосфери) і регіональних станцій за мінімальними (для моніторингу довготривалих змін складу атмосфер­ного повітря, спричинених людською діяльністю на ре­гіональному рівні) та розширеними програмами (для моніторингу довготривалих змін складу довкілля на ім- пактному рівні). Мінімальні програми передбачають ви­мірювання на базових станціях забруднення атмосфери, провідності повітря, вмісту С0₂ у повітрі та хімічного складу опадів; на регіональних станціях — спостережен­ня за мутністю атмосфери та хімією опадів. Розширені програми охоплюють додаткові спостереження за діокси- дом сірки, сірководнем, вмістом загального озону, чадно­го газу і всіх сполук азоту, важких металів.

На основі спостереження, оцінювання і прогнозу­вання в межах системи глобального моніторингу було здійснено:

• глобальне оцінювання стану ґрунту, а також скла­дено карти деградації ґрунтів сільськогосподарського призначення, придатності сільськогосподарських зе­мель у певних агроекологічних зонах, стану пасовищ в посушливих і напівпосушливих регіонах;

• оцінювання покриву тропічного лісу Африки, Ла­тинської Америки, Азії, районування і класифікацію рослинності;

• дослідження водного балансу, льодовиків, гідро­логічних регіонів;

• прогнозування можливих змін клімату;

• оцінювання запасів морських біологічних ресур­сів, забруднення Світового океану;

• виокремлення еталонних екосистем біосфери;

• аналіз даних про причини захворювань у певних забруднених районах.

Функціонування глобальної системи моніторингу довкілля особливо актуальне в постіндустріальну епоху, коли людство переходитиме на нову модель сталого (еколого-економічно-соціального) розвитку. Перехід до цієї моделі передбачає такий стан суспільства, за якого вплив на навколишнє середовище зберігатиметься в ме­жах господарської ємності біосфери.

Сталий розвиток передбачає формування економіч­них відносин, які забезпечать можливість спільного збалансованого функціонування системи «природа — суспільство — економіка». Ідея екологічно сталого роз­витку біосфери ґрунтується на таких принципах:

• принцип обмеженості (збереження сучасного ста­ну довкілля);

• принцип збереження природного багатства на сучас­ному рівні (недопущення втрат або зменшення природно- ресурсного потенціалу і екологічного біорізноманітгя);

• принцип балансу між ресурсом і забруднювачем (використання ресурсів у масштабах відновлювальної здатності екологічних систем) та ін.

Реалізувати комплекс принципів можна тільки на ос­нові різнобічної і достовірної інформації (спостережень, оцінювання, прогнозування), яку здатна забезпечити гло­бальна система моніторингу навколишнього середовища.

Кліматичний моніторинг і його завдання

При глобальних перетвореннях довкілля визначаль­ну роль відіграють кліматичні зміни, спричинені при­родними та антропогенними факторами (парниковий ефект, озонові діри, техногенні забруднення довкілля). Перебуваючи в тісному взаємозв’язку з усіма компонен­тами природного середовища, клімат (багаторічний ре­жим погоди, властивий даній місцевості) відчутно впливає на них, на умови життя і самопочуття людини.

З’ясування антропогенних змін і коливань клімату неможливе без вивчення його природної динаміки, яка ґрунтується на даних про стан кліматичної системи «ат­мосфера — океан — поверхня суші (з річками й озера­ми) — літосфера — біота» і взаємодію елементів цієї системи за тривалий час. Спостереження за станом клі­матичної системи, оцінювання та прогнозування її по­дальшого розвитку здійснюють за допомогою кліматич­ного моніторингу.

Кліматичний моніторинг — система спостережень, оцінювання і

прогнозування зміни клімату.

До кліматичного моніторингу належить збирання даних про клімат минулого. Для цього вивчають копа­лини, а також кільця деревини, донні відкладення, на яких позначаються коливання й зміни клімату протя­гом сотень і тисяч років.

На підставі виникнення певних особливостей кліма­ту, зокрема внаслідок впливу на нього антропогенно пе­ретвореної підстилаючої поверхні (будівництва великих гідротехнічних споруд, змін площ лісових насаджень, будівництва міст), а також можливого впливу інтенсив­них теплових викидів, трансформацій складу та оптич­них властивостей атмосфери (візуального сприйняття, спричиненого викидами аерозольних часток і газових домішок) роблять висновки про обсяги антропогенного втручання.

Природні й антропогенні зміни клімату впливають на стан біосфери загалом, функціонування популяцій рослин і тварин, змінюють умови життєдіяльності лю­дини і стан її здоров’я.

Кліматичний моніторинг пов’язаний з екологічним. Він потребує спеціальної системи спостережень, спро­можної забезпечити виконання наукових і практичних завдань, зокрема надати широку кліматичну інформацію. З цією метою, як правило, створюють службу збору клі­матичних даних, сфера діяльності якої простягається і за межі моніторингу антропогенних змін клімату. Для пі­знання сутності й антропогенної складової змін і коливань клімату необхідний великий масив даних про параметри елементів біосфери, процеси, які характеризують її змі­ни. Особливо це важливо при простежуванні змінюванос­ті клімату в просторі і часі. Прогнозування сезонних і річних коливань клімату відбувається на основі інформа­ції, яку забезпечує глобальна система спостережень. При цьому слід мати на увазі, що спостереження, спрямовані на вивчення змінюваності клімату, повинні обов’язково враховувати інерційність кліматичної системи.

Моніторинг клімату зосереджується на реалізації таких завдань:

• збирання даних про стан кліматичної системи;

• аналізування і оцінювання природних та антропо­генних змін і коливань клімату (включаючи порівнян­ня клімату минулого з сучасним);

• виокремлення антропогенних ефектів у зафіксо­ваних змінах клімату;

• виявлення природних і антропогенних факторів, що зумовлюють зміну клімату;

• виявлення критичних елементів біосфери, вплив на які може спричинити кліматичні зміни.

Кліматичний моніторинг охоплює геофізичний (сис­тема спостережень за абіотичною частиною біосфери, а саме: кліматом, рельєфом, температурою, сонячною ра­діацією тощо) та біологічний (система спостережень за станом біотичної складової біосфери та її реакцією на антропогенний вплив) моніторинги, для нього важливі як фактори дії, так і джерела забруднення. У його здій­сненні важливу роль відіграють метеорологічні служби, які сформовані з наземних та супутникових підсистем, що дають змогу різнобічно відстежувати процеси і яви­ща. Усі основні кліматичні дані та інформацію, необхід­ні для аналізу змін клімату, поділяють на групи:

1. Вимірювання основних метеорологічних парамет­рів, вивчення та аналіз атмосферних явищ і процесів, які характеризують відповідний стан погоди. До цієї групи належать дані про температуру і вологість повіт­ря, атмосферний тиск, швидкість та напрямок вітру, ін­тенсивність опадів, гідрологічні дані, а також дані про сніговий покрив, вологість і глибину промерзання ґрунту та інші, які отримують на метеорологічних і гід­рологічних станціях і постах. На основі цієї інформації здійснюють моніторинг атмосферних явищ і процесів, отримують їх національні метеорологічні служби з від­повідних станцій за допомогою технічних засобів.

На сучасному етапі у світі функціонує 40 000 кліма­тологічних і 140 000 дощомірних станцій, однак розмі­щені вони нерівномірно. Міжнародний обмін основними погодними даними забезпечують Всесвітня служба пого­ди (ВСП), Всесвітня метеорологічна організація (ВМО). ВСП формується з глобальних систем спостережень, те- лезв’язку й оброблення даних. Метою її роботи є збере­ження і надання користувачам необхідної інформації.

Глобальну систему спостережень формують наземна й супутникова підсистеми. Наземна підсистема базуєть­ся на опорній синоптичній мережі. Вона отримує інфор­мацію також з кораблів і літаків, метеорологічних радіо­локаторів, різних систем зондування атмосфери. До наземної підсистеми спостережень належать станції вимірювання сонячної радіації, фонового забруднен­ня атмосфери та інших складників атмосфери (діокси- ду вуглецю (С0₂), озону (0₃), різноманітних газових до­мішок). Аерозольні частки природного та антропоген­ного походження, електромагнітне випромінювання, теплове забруднення також становлять інтерес для служб наземної глобальної системи спостережень, ос­кільки помітно позначаються на кліматі.

Супутникову підсистему утворюють геостаціонарні і розташовані на навколополярних орбітах метеорологіч­ні супутники. Вони відстежують вертикальні профілі температури і вологості, температуру поверхні моря, поверхні суші та верхнього шару хмар, сніговий пок­рив, радіаційний баланс.

2. Моніторинг стану кліматичної системи (реакція кліматичної системи та її елементів на природні й ант­ропогенні зміни). Він охоплює всю біосферу, але зосе­реджується на ефектах (реакціях), які безпосередньо стосуються антропогенних змін клімату. Спостережен­ня за станом клімату охоплює моніторинг кліматотвор- них факторів, а також величин, які характеризують ре­акцію кліматичної системи та її елементів на різні дії, передусім антропогенні. Важливими є дані про стан під­стилаючої поверхні, які характеризують її альбедо (час­тину падаючої променистої енергії, яку вона відбиває), моніторинг енерго- і масообміну між атмосферою і під­стилаючою поверхнею, відомості про водний баланс та його вплив на зміну клімату. Усі ці фактори є клімато- творними, а змінюються вони внаслідок реакції елемен­тів кліматичної системи на дію різних чинників.

Океан відіграє визначальну роль при формуванні клімату. Тому доцільно здійснювати моніторинг стану океану, який забезпечується вимірюванням температу­ри його поверхні і верхнього шару, вмісту солі та хіміч­ного складу води, хвилювання та течій на різних глиби­нах. Для отримання даних про взаємодію атмосфери й океану проводять регулярні морські кліматологічні ви­мірювання температури повітря і води, крапель роси, видимості, напрямку та сили вітру, атмосферного тиску.

3. Моніторинг внутрішніх та зовнішніх факторів (особливо антропогенних факторів та їх джерел), які впливають на клімат і стан кліматичної системи. До зовнішніх факторів належать вплив Сонця і космічного випромінювання. їх інтенсивність залежить від соняч­ної активності, параметрів орбіти і швидкості обертан­ня Землі. Ефекти впливу зумовлюються інтенсивністю його факторів, властивостями і складом атмосфери Зем­лі, властивостями земної поверхні (альбедо).

До внутрішніх факторів, які впливають на клімат і кліматичну систему, відносять теплові викиди та викиди речовин у біосферу, їх перерозподіл між різними середо­вищами. Він може бути природним (виверження вулка­нів) та антропогенним. Внутрішні фактори зумовлюють зміну властивостей кліматичної системи (змінюється альбедо підстилаючої поверхні й атмосфери, а також теп­ло- та газообмін підстилаючої поверхні з атмосферою).

Спостереження за змінами температури повітря, які проводять у великих містах і їх передмістях, засвідчили підвищення температури у межах 0,5°—1,0°С. Це зу­мовлено тепловими викидами та змінами альбедо у ве­ликих містах.

При оцінюванні коливань складу атмосфери, вивчен­ні можливого їх впливу на клімат особлива роль нале­жить спостереженням за вмістом і змінами концентра­цій С0₂ в атмосфері, за процесами обміну його зі Світо­вим океаном та наземною біотою. Збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері пов’язане з антропоген­ною діяльністю — спаленням мінерального палива. На сучасному етапі цей антропогенний фактор найвідчутні- ше впливає на клімат. Тому особливо важливим є регу­лярне вимірювання концентрації С0₂ в атмосфері, ви­вчення балансу вуглецю в біосфері, обміну С0₂ з гли­бинними шарами океану, впливу нафтової плівки на газообмін між океаном та атмосферою.

Зворотний ефект (можливе похолодання через від­биття частини падаючого сонячного випромінювання) спричинює підвищення вмісту стратосферних аерозо­лів, що залежить від природних причин (виверження вулканів, піщані бурі) і антропогенної діяльності (вики­ди промислових підприємств).

Моніторинг обсягів основних складових атмосфери, забруднень та змін, що відбуваються з ними, здебільшо­го організований на державному рівні, є важливою час­тиною глобальної системи моніторингу.

Моніторинг можливих фізичних і екологічних пе­ретворень у довкіллі, які відбуваються внаслідок кліма­тичних змін і коливань. Трансформації клімату, вплива­ючи на стан біосфери, позначаються і на господарській діяльності людини. Найчутливішими до коливань кліма­ту є елементи біосфери, розташовані у полярних широ­тах, засушливих місцях, а також екосистеми пустельних зон, високогір’їв.Параметри змін у біосфері називають непрямими по­казниками змін клімату. Цю групу показників утворю­ють зміни рівня морів, озер, розташування берегової лі­нії, річних шарів, донних відкладень озер, снігової лінії та ін. До неї також зараховують і такі екологічні ознаки, як зміна характеру рослинності, врожайності культур, морської мікрофлори і мікрофауни, популяцій комах, особливостей поширення хвороб тварин і рослин, пере­дусім у зонах з найбільшою чутливістю до змін клімату.

Комплекс цих даних необхідний для проведення все­бічного аналізу стану довкілля і моделювання клімату, на підставі яких виокремлюють критичні фактори впливу і найчутливіші елементи біосфери, що є перед­умовою оптимального функціонування системи кліма­тичного моніторингу.

2. Моніторинг навколишнього природного середовища в межах України

Організація моніторингу довкілля України ґрунту­валася на основних принципах національної системи моніторингу Союзу PCP, а саме системності і комплекс­ності спостережень, тобто одночасно з дослідженнями рівнів забруднення атмосферного повітря, вод і ґрунтів здійснювали метеорологічні і гідрологічні спостережен­ня. Недоліками цієї системи були неузгодженість сис­тем і методик спостережень (Мінприроди, Держкомгід- ромет, Держкомводгосп, Держкомзем, Держкомгеоло­гії та ін.), вирішення окремих суто відомчих завдань. їх було враховано під час розроблення і впровадження власної державної системи екологічного моніторингу України, відображеної у статті 22 Закону України «Про охорону навколишнього природного середовища», прий­нятому 25 червня 1991 року. Цей Закон став юридич­ною основою для розробки та впровадження у 1992 р. в Україні під егідою Національної академії наук та Мін­природи єдиної державної системи екологічного моні­торингу — СЕМ «Україна». 23 вересня 1993 року поста­новою Кабінету Міністрів України було затверджене «Положення про державний моніторинг навколишньо­го середовища», яке стало правовим підґрунтям впро­вадження та функціонування такої системи в нашій кра­їні. Положення визначало загальні засади системи дер­жавного моніторингу довкілля, її структуру та рівні, ор­ганізацію роботи та порядок функціонування. Перелік об’єктів спостережень охоплював усі компоненти при­родного середовища: повітря, воду, землю, біоту.

Державний моніторинг навколишнього природного середови­ща — система спостережень, збирання та оброблення, переда­вання, збереження і аналізу інформації про стан навколишнього природного середовища, прогнозування його змін і розроблення науково обгрунтованих рекомендацій для прийняття управлін­ських рішень.

У «Положенні про державний моніторинг навко­лишнього середовища» визначено два головні етапи створення цієї системи:

1. інвентаризація й оптимізація діючих відомчих мереж, уніфікація методик спостережень, створення окремих ланок СЕМ, передусім у регіонах з напруже­ною екологічною ситуацією (1992—1995).

2. створення локальних, регіональних і національ­них центрів збирання й оброблення інформації, розроб­лення контрольно-вимірювальних приладів для спо­стереження за станом навколишнього середовища, впровадження системи у повному обсязі на всій терито­рії України (1996—2000).

Складовими СЕМ «Україна» є регіональні системи екологічного моніторингу (СЕМ «Полісся», СЕМ «Дон­бас» та ін.), які охоплюють локальні та об’єктні систе­ми, створені на обласному, районному, господарському рівнях, та діючі у разі аварійних ситуацій.

Залежно від призначення ці системи здійснюють:

• загальний (стандартний) моніторинг (оптимальні за кількістю параметрів спостереження на пунктах, об’єднаних в єдину інформаційно-технологічну мере­жу, які дають змогу на основі оцінки та прогнозування стану довкілля регулярно розробляти управлінські рі­шення на всіх рівнях);

• оперативний (кризовий) моніторинг (спостере­ження за спеціальними показниками на мережі пунктів у реальному масштабі часу за об’єктами, джерелами підвищеного екологічного ризику в регіонах, які мають статус зон надзвичайної екологічної ситуації, а також у районах аварій зі шкідливими екологічними наслідка­ми з метою забезпечення оперативного реагування на кризові ситуації та прийняття рішень щодо їх ліквіда­ції, створення безпечних умов для населення);

• фоновий (науковий) моніторинг (спеціальні висо­коточні спостереження за всіма складовими довкілля, за характером, складом, кругообігом та міграцією забруд­нюючих речовин, реакцією організмів, окремих популя­цій, екосистем і біосфери загалом на забруднення).

Основними завданнями системи державного моніто­рингу навколишнього природного середовища є:

• спостереження за станом довкілля;

• аналіз стану навколишнього середовища і прогно­зування його змін;

• забезпечення органів державної влади система­тичною та оперативною інформацією про стан довкілля;

• розроблення науково обґрунтованих рекоменда­цій для прийняття управлінських рішень.

Система державного моніторингу створюється на лока­льному (на території окремих об’єктів), регіональному (в межах адміністративно-територіальних одиниць, на територіях економічних і природних регіонів), націо­нальному (на території країни) рівнях з дотриманням міжнародних вимог і є сумісною з аналогічними міжна­родними системами. Вона базується на принципах об’єктивності та достовірності, систематичності спосте­режень за станом довкілля та об’єктами впливу на нього, багаторівневості, узгодження нормативного і методично­го забезпечення, технічного та програмного забезпечен­ня, комплексності в оцінюванні екологічної інформації, оперативності проходження інформації між окремими ланками системи та вчасного інформування органів дер­жавної влади, відкритості екологічної інформації для на­селення.

Державний моніторинг здійснюють Міністерство екології та природних ресурсів, науковий комітет Націо­нальної академії наук України, Міністерство охорони здоров’я, Міністерство сільського господарства, Мініс­терство лісового господарства, Державний комітет гідро­метеослужби, водного господарства, геології, земельних ресурсів, Державне житлове комунальне господарство.

Регіональні системи екологічного моніторингу пра­цюють у таких напрямах:

• оперативно-технологічний моніторинг (спостере­ження за станом екологічних об’єктів з використанням стаціонарних і пересувних технічних засобів, у т.ч. авіа­ційні та космічні спостереження);

• статистичний моніторинг (непряме спостережен­ня за об’єктами з використанням ретроспективної та оперативної статистичної інформації);

• аудіовідеомоніторинг (спостереження за еколо­гічними об’єктами з використанням аудіо- та відеотех- ніки);

• соціологічний моніторинг (проведення соціоло­гічних досліджень впливу діяльності людини на стан навколишнього середовища і на рівень екологічної культури);

• науково-публіцистичний моніторинг (спостере­ження за екологічними проблемами шляхом вивчення наукових та публіцистичних видань).

Основними їх завданнями є спостереження за ста­ном навколишнього природного середовища в облас­тях (мінеральними, органічними, біологічними ресур­сами, ґрунтами, підземними та поверхневими водами, атмосферним повітрям); за транскордонним перене­сенням забруднюючих речовин в атмосфері та у вод­них об’єктах; аналіз стану, прогнозування змін дов­кілля і здоров’я населення, оцінювання якості життя в регіоні.

На основі отриманої інформації формують комп’ю­терний банк екологічних даних, що містить оперативні та ретроспективні дані про стан навколишнього середо­вища, природних ресурсів і постійно оновлюється, а та­кож електронну екологічну карту.

У результаті проведення моніторингу довкілля отри­мують первинні й узагальнені дані про стан довкілля на певній території, оцінюють рівні його забруднення, сту­пінь придатності середовища для життєдіяльності лю­дей, на основі чого здійснюють прогнозування і розроб­ляють управлінські природоохоронні рішення.

Запитання. Завдання

1. Охарактеризуйте принципи класифікації систем моніторингу.

2. За якими критеріями розрізняють біоекологічний, геоекологіч- ний, біосферний, біогеохімічний види моніторингу?

3. Охарактеризуйте рівні, предмети спостережень, притаманні екологічному моніторингу.

4. У чому полягають особливості фонового моніторингу? З’ясуйте його роль в оцінюванні та прогнозуванні глобального стану біосфери.

5. Що таке глобальний моніторинг, і на яких рівнях він здійс­нюється?

6. За яким принципом класифікують забруднюючі речовини в системі глобального моніторингу навколишнього середовища?

7. З’ясуйте сутність кліматичного моніторингу та охарактеризуй­те його завдання.

8. Чим зумовлена необхідність здійснення кліматичного моніто­рингу? Проаналізуйте основні його розділи.

9. Охарактеризуйте основні кліматичні показники, за якими здійснюють спостереження у процесі кліматичного моніторингу.

10. Охарактеризуйте загальний, оперативний, фоновий види дер­жавного моніторингу довкілля.3.

Моніторинг атмосферного повітря

Людська діяльність неминуче призводить до змін атмосферного повітря. З кожним історичним періодом їх масштаби невпинно зростають, набуваючи глобаль­ного характеру. З метою обмеження шкідливих вики­дів у атмосферу і запровадження сучасних високоефек­тивних методів очищення повітря необхідно здійсню­вати постійний моніторинг його стану.

1. Джерела і наслідки забруднення атмосферного повітря

У життєдіяльності людини повітря є головним про­дуктом споживання, а його наявність — основною умовою існування. Адже без їжі вона може обходитись 5 тижнів, без води — 5 днів, а без повітря — 5 хвилин. Крім того, нормальна життєдіяльність людини потребує повітря відповідної чистоти, а відхилення від норми, забруднен­ня негативно впливають на організм. Тому охорона ат­мосферного повітря є важливою складовою проблеми оздоровлення зовнішнього середовища загалом.

Повітряна оболонка Землі формує атмосферу радіу­сом до 20 000 м. Атмосферне повітря утворене з різних газів: 78,08 % азоту, 20,95 % кисню, 0,93 % аргону, 0,03 % вуглекислого газу, 0,01 % неону, гелію, метану, радону та ін. Усі вони по-своєму важливі для людини, біосфери, формування клімату (табл. 3.1).

Життя на Землі неможливе без кисню. Він є продук­том життєдіяльності зелених рослин, які виділяють йо­го, споживаючи й розщеплюючи воду та вуглекислий газ при фотосинтезі. Усі інші живі істоти тільки спожи­вають кисень. Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті дихання живих істот, спалювання палива, гниття та розкладання органічних речовин.

Таблиця 3.1

Основний склад сухого чистого повітря в приземному шарі

У зв’язку з бурхливим розвитком промисловості й спалюванням великих обсягів палива темпи викорис­тання запасів кисню та накопичення вуглекислого газу в атмосфері різко збільшились. Унаслідок цього пору­шився кругообіг вуглецю в природі, що спричинило еко­логічну кризу — різке погіршення умов існування лю­дини, зумовлене антропогенною дією на навколишнє се­редовище. Саме промислова діяльність, в результаті якої в повітря викидається велика кількість оксидів вуглецю, промислових газів, є основним джерелом за­бруднення повітря, що завдає великої шкоди природно­му середовищу і людям.

Забруднення атмосферного повітря — внесення в атмосферу або виникнення в ній нових, нехарактерних для неї фізичних, хі­мічних, біологічних речовин та перевищення природного рівня концентрацій речовин, які є складовими повітря.

Забруднення атмосфери стало глобальною пробле­мою, особливо гострою у промислово розвинутих краї­нах. Збитки, завдані людству забрудненням атмосфер­ного повітря, дуже великі й постійно зростають. Усе це актуалізує необхідність нарощування зусиль, спрямо­ваних на охорону повітряного басейну.

Як свідчать дослідження, запаси повітря на Землі практично безмежні, вони є невичерпним ресурсом. Однак господарська, передусім промислова, діяльність людини шкідливо впливає на атмосферу, змінює склад повітря. Природне забруднення повітря спричинюють і виверження вулканів, вивітрювання гірських порід, пилові бурі, лісові пожежі та інші природні явища (рис. 3.1). Залежно від джерел розрізняють механічне, фізичне та хімічне забруднення. За тривалістю дії воно може бути тимчасовим або постійним; за масштабом по­ширення — глобальним, регіональним і локальним.

^.Позаземне ► Неорганічні Вивітрювання,

Отже, забруднення атмосферного повітря спричине­не процесами і явищами, що відбуваються у природі, та промислово-побутовою діяльністю людини (табл. 3.2).

Таблиця 3.2 Маса забруднюючих речовин (т/рік), які викидаються в атмосферу Речовина	Природні надходження	Антропогенні викиди
Оксид вуглецю (СО)	—	3,5 • 108
Діоксид сірки (БОг)	1,4 • 108	1,45 • 108
Оксиди азоту (ЫОх)	1,4 • 109	(1,5 - 2,0) • 107
Аерозолі (тверді частинки)	(7,7 - 22,0) • Ю10	(9,6 - 26,0) • Ю10
Поліхлорвінільні речовини, фреони		2,0 • 10е
Озон (Оз)	2,0 • Ю9
Вуглеводи	1,0 • 109	1,0 • ю6
Свинець (Рв)	—	2,0 • 106
Ртуть (Н^)		5,0 • 103
Діоксид вуглецю (СОг)	0,1 • 1013	0,18 • 10“
Сірководень (НгЭ)	1,9 • 107	0,36 • 107

Природне забруднення. В атмосфері завжди міс­титься природний пил, який виникає внаслідок природ­них явищ. За походженням він буває таких видів:

• мінеральний пил (продукт вивітрювання і руйну­вання гірських порід, виверження вулканів, лісових, степових та торф’яних пожеж; сіль, яка потрапляє в по­вітря при розбризкуванні та випаровуванні морської во­ди та ін.);

• органічний пил (рештки живих істот, які живуть або потрапляють в атмосферу, представлені аеропланкто- ном (бактеріями, спорами грибів, пилком рослин), про­дуктами гниття та розкладання рослин і тварин);

• космічний пил (рештки згорілих під час прохо­дження крізь шари атмосфери метеоритів).

Природний пил виконує роль ядер конденсації водя­ної пари.

Штучне (антропогенне) забруднення. Таке за­бруднення зумовлене діяльністю людини, внаслідок чого відбуваються суттєві зміни в природному складі атмо­сфери. Основним його джерелом є промислові, транспор­тні та побутові викиди. За особливостями будови і впли­ву на атмосферу та біосферу розрізняють такі види за­бруднювачів:

а) механічні забруднювачі — викиди цементних за­водів, дим і сажа від згоряння вугілля в котельнях, пе­чах; гума, яка стирається з автопокришок, та ін.;

б) хімічні забруднювачі — пилуваті (газоподібні) ре­човини, здатні взаємодіяти в хімічних реакціях.

Найпоширенішими типами штучних забруднювачів атмосферного повітря є продукти спалювання сірко­вмісного палива (вугілля, нафтопродуктів, газу), ви­хлопні гази автотранспорту, радіоактивне забруднення, пестициди та інсектициди. Хімічний склад техноген­них викидів в атмосферу залежить від виду палива, спо­собу спалювання, складу виробничої сировини, техно­логії виробництва та ін.

Особливо небезпечні викиди, які утворюються при роботі різних видів транспорту, зокрема автомобілів, вихлопні гази яких містять шкідливі домішки. Концен­трація цих домішок у вихлопних газах залежить від типу двигуна, особливостей його обслуговування, своєчасного ремонту систем живлення і запалювання, стану доріг. Від кожної тисячі автомобілів за день надходить у повіт­ря більше 3000 кг оксиду вуглецю, інших продуктів не­повного згоряння палива, які негативно впливають на здоров’я людей і тварин, зокрема токсичний чадний газ (оксид вуглецю двовалентного). В Україні щороку авто­транспорт викидає в атмосферне повітря 2000 тис. т за­бруднюючих речовин, що становить 31 % від загального обсягу викидів, у т. ч. понад 63 % свинцю, 54 — оксиду вуглецю, 36 — вуглеводнів та 25 % — оксидів азоту.

Задимленість атмосфери вокзалів та прилеглих те­риторій спричиняють паровози та тепловози. Переведен­ня тяги на електричну помітно знизило отруєння повіт­ря шкідливими газами. Локальне забруднення повітря зумовлюють також морські та річкові судна, які працю­ють на вугіллі та інших видах важкого палива. Забруд­нені шкідливими газами території аеродромів. Сучасні літаки, які літають на значній висоті, можуть зруйнува­ти озоновий шар, в результаті чого відкриється доступ пагубним ультрафіолетовим променям Сонця, що може призвести до небажаних наслідків.

Забруднюють атмосферне повітря промислові вики­ди, які залежать від видів палива (твердого, рідкого, га­зоподібного) і способів їх спалювання, різні за хімічним складом. Спалювання вугілля, газу, нафти з різних при­чин рідко буває повним. Тому промисловість викидає в атмосферу значну кількість твердих часток (сажа, зола, пил) та шкідливих газів (оксиди вуглецю, вуглеводні, оксиди азоту). Такі частки палива, а також різні розпи­лені продукти (цемент, фосфорити) утворюють промис­ловий пил. Він складається з дрібних часточок і довго тримається в повітрі у зваженому стані. Забруднення по­вітряного басейну сірчаним газом і пилом спричиняють теплові електростанції, які працюють на вугіллі. Пере­хід ТЕС на газ помітно зменшує шкідливі викиди.

Підприємства хімічної, енергетичної, металургій­ної, нафтопереробної, цементної промисловості теж ви­кидають у повітря велику кількість газоподібних речо­вин, золи та пилу. Шкідливі гази і промисловий пил на­копичуються здебільшого над містами (в 1 см³ міського повітря кількість пилинок сягає 100 тис. штук).

В Україні в середньому викидається зі стаціонар­них джерел 4156,3 тис. т забруднюючих речовин. В ос­танні десятиліття у зв’язку зі спадом промислового ви­робництва обсяги промислових викидів суттєво знизи­лися.

Великої шкоди завдає радіоактивне забруднення ат­мосфери. Радіоактивні речовини потрапляють в атмо­сферу в результаті природної і штучної радіоактивності, пов’язаної з роботою атомних установок, використан­ням радіонуклідів у народному господарстві, внаслідок аварійних ситуацій на підприємствах ядерного циклу, атомних вибухів. Природна радіоактивність притаман­на атмосфері, вона присутня постійно і не залежить від діяльності людини. Живі організми пристосувалися до неї, і вона не викликає шкідливих наслідків, на відмі­ну від штучної. Особливо загрозливим є надходження радіоактивних речовин в атмосферу внаслідок аварій атомних установок, оскільки радіоактивне опромінен­ня скорочує життя людини, спричиняє пухлини кіс­ток, лейкемію, розлад нервової системи, порушення ге­нетичної основи організму. Проблемою є утилізація ра­діоактивних відходів. На сьогодні найоптимальнішим вважається захоронення радіоактивних відходів у по­кинутих соляних шахтах або у спеціальних сховищах у товщі соляного шару, куди не проникає вода, але це не може гарантувати повної безпеки.

Забруднення повітря часто є локальним, однак воно перебуває в постійному русі і за відповідних метеороло­гічних умов забруднювачі переносяться на значні від­стані, навіть з одного континенту на інший.

Загальна маса світових промислово-побутових вики­дів становить приблизно 600 гігатон (Гт) на рік. За ос­танні 100 років в атмосферу надійшло 1,55 мегатонн (Мт) кремнію, 1,5 Мт миш’яку, більше ніж по 1 Мт ніке­лю та кобальту, по 0,6 Мт цинку і сурми. Про динаміку викидів забруднюючих речовин зі стаціонарних джерел за основними видами економічної діяльності свідчать дані табл.3.3.

Нераціональна промислово-побутова діяльність не­рідко призводить до локальних та регіональних еколо­гічних криз ( високе забруднення атмосферного повітря Донецького і Придністровського регіонів України, смо-

Таблиця 3.3 Динаміка викидів забруднюючих речовин зі стаціонарних джерел за основними видами економічної діяльності Вид економічної ДІЯЛЬНОСТІ	Тверді речовини				N0,		Вуглево­дні, ЛОС			СО
	1997	1998	1997	1998	1997	1998		1997	1998		1997	1998
Всі види економічної діяльності	785,9	749,1	1136,4	1023,0	370,5	332,9		461,8	427,4		1366,1	1279
Сільське госп-во, мисливство та пов'язані 3 ними послуги	4,1	3,2	3,1	2,3	1,4	ІД		0,7	0,5		4,4	3,6
Добувна проми­ словість	98,2	91,4	72,6	65,8	16,6	14,8		345,5	314,4		294,8	257,6
Обробна проми­ словість	246,8	224,6	226,6	288,5	113,7	99,9		73,0	65,1		940,6	890,2
Виробництво електро­енергії, газу та води	396,0	385,6	780,6	718,3	209,0	187,7		4,3	2,2		71,6	79,0
Будівництво	8,1	7,8	16,9	15,2	5,4	4,7		2,1	11,4		7,0	7,3
Інші види економ. діяльності	32,7	36,5	36,6	32,9	24,4	24,7		36,2	33,8		47,7	41,2

ги (димові тумани) в Лос-Анджелесі, Нью-Йорку, Чика­го, Токіо, Мілані), у ній закорінені і глобальні екологіч­ні проблеми, які тривожать усе людство: потепління клімату, кислотні опади, руйнування озонового екрана атмосфери та запустелювання.

Потепління клімату. Зміни клімату в історичній ретроспективі вивчають методом глибинного зондуван­ня вічних льодовиків. В Антарктиді його проводили до глибини 2 км, що охоплює останні 160 тис. років. Дове­дено, що протягом історії Землі клімат суттєво зміню­вався, але до початку розвитку людської цивілізації та­кі процеси були поступовими. Тільки у другій половині XX ст. клімат почав швидко трансформуватися внаслі­док дії антропогенних чинників.

Потепління клімату зумовлене тепличним ефектом, який на 46 % є результатом виробництва енергії (спалю­вання викопного палива з викидами в атмосферу вугле­кислого газу), на 24 % — забруднення атмосфери інши­ми хімічними речовинами, зокрема метаном, на 18 % — вирубкою лісів та ерозією ґрунту, від чого знижується інтенсивність біологічного зв’язування вуглекислого га­зу, на 9 % — інтенсифікацією сільського господарства, з якою пов’язане надходження до атмосфери підвищеної кількості оксидів азоту, на 3 % — спалюванням сміття.

Вуглекислий газ, як й інші тепличні гази, має здат­ність утримувати теплове випромінювання біля поверхні планети, що зумовлює підвищення температури. Викиди його щороку зростають. Лише протягом 1950—1990 рр. кількість цього газу в атмосфері збільшилася на ЗО %. Неминучим наслідком збільшення викидів в атмосферу антропогенного вуглекислого газу є потепління клімату, оскільки океан не може поглинути весь газ. У другій по­ловині XX ст. середньорічна температура повітря підви­щувалася кожні 10 років на 0,3°С. За даними спеціаліс­тів ООН, до 2100 р. ця температура зросте на 3°С.

Потепління клімату може спричинити зміну режи­му погоди на території великих регіонів планети, суттє­во вплинути на сільськогосподарське виробництво. Внаслідок потепління почнеться танення льоду Антар­ктики, Арктики та високогір’їв, неминучим наслідком буде підвищення рівня Світового океану. За прогнозами, до 2100 р. його рівень підніметься приблизно на 65 см, а за деякими іншими даними — на 3,45 м, що може спри­чинити глобальну катастрофу.

За підрахунками спеціалістів ООН, економічні збит­ки від майбутнього потепління клімату можуть бути оцінені в 10¹³ доларів. Людство не має таких ресурсів. Запобігти швидкому потеплінню клімату можна, перед­усім скоротивши викиди тепличних газів. На це орієн­тує прийнята у 1988 р. Резолюція ООН «Охорона гло­бального клімату для сучасності та майбутніх поколінь людства».

Кислотні опади. Кислотними називають будь-які види опадів (дощ, сніг, туман), pH (від’ємний логарифм концентрації водневих йонів) яких нижче 7, тобто опа­ди, які мають кислу реакцію. Реєструють динаміку кислотності атмосферної води за кислотністю льоду в Антарктиді, Гренландії та Альпах. У 20-ті роки XIX ст. pH дощової води була на рівні 7, тобто нейтральною. Кислотні дощі вперше зареєстровані в 1972 р. в англій­ському місті Манчестер. Основною причиною їх випа­дання було надходження до атмосфери оксидів азоту та сірки.

За наявності в повітрі оксиду азоту (IV) Ы₂0 і водяної пари ультрафіолетове випромінювання Сонця зумовлює такі хімічні перетворення Б0₂:

2в0₂ + 0₂ —> 2Б0₃;

йОз + Н_гО —> Н₂80±,

а також

в0₂ + Ы₂0 + Н₂0 -» Я₂50₄ + N0.

Натепер кислотні дощі випадають всюди. Високою кислотністю характеризуються опади в Західній Євро­пі, на початку XXI ст. вона становила 3,8—6,8. Кислот­ні опади характерні і для України. У Черкаській облас­ті опади закислені азотною кислотою, в Сумській — сір­чаною, в Рівненській — азотною, сірчаною. Україну забруднюють шкідливі речовини зі всіх країн Західної Європи, які надходять в Україну з масами атлантично­го вологого повітря.

Кислотні дощі швидко закислюють воду в річках, озерах, ставках та інших континентальних водоймах. З бікарбонатної вона стає сульфатною, в ній збільшу­ється кількість алюмінію та марганцю. У таких водой­мах підвищена рухомість ртуті, міді та цинку. У вод­них об’єктах із закисленою водою знижується видова різноманітність.

Від кислотних опадів передусім потерпають закриті водойми (озера та ставки), підвищується кислотність ґрунтів (у багатьох регіонах вона досягає pH 4,1—4,5). У таких ґрунтах зростає міграція свинцю, цинку, нікелю та міді. Це завдає збитків сільському господарству і при­родній рослинності. Кислі ґрунти потребують вапнуван­ня, що впливає на вартість продукції. В Україні за остан­ні ЗО років площа кислих ґрунтів зросла на ЗО %.

Внаслідок кислотних опадів хвойні ліси в Європі всихають, потерпають культурні й архітектурні пам’ят­ки, швидко руйнується мармур, активно відбувається корозія металів.

Руйнування озонового екрана атмосфери. Озоновий шар, який знаходиться в атмосфері на висоті 12—23 км, захищає поверхню планети від жорсткої ультрафіоле­тової радіації з довжиною хвилі 320—400 нм. Процес руйнування озону в атмосфері ініціюється різними ре­човинами. Як стверджують американські вчені, такими речовинами є хлор, бромдохідні (фреон), тетрахлорид вуглецю, метилхлороформ та ін. Найбільшої шкоди зав­дають фреони, які широко застосовуються в холодиль­них установках, в аерозольних балончиках та миючих засобах.

Озон атмосфери руйнується в результаті природного розпаду (кисневий цикл, або цикл Чепмена):

0₃ + О -» 0₂ + 0₂. (3.1)

Ця реакція відбувається дуже повільно, але може прискорюватись за наявності з’єднань азоту, водню та хлору, які діють як каталізатори. Реакції азотного, вод­невого та хлорного циклів є такими:

а ) азотний цикл: б) водневий цикл:

О + ЛЮ₂ @2 N0", О + НО2 ОН + О2',

N0 + 0₃ —> N02 Огї ОН + 0₃ —> НО₂ + 0₂',

О + 0₃ —> 0₂ + 0₂; О + 0₃ —» 0₂ + 0₂',

в) хлорний цикл:

СІ + 0₃ —^ СІ + 0₂;

О + СЮ -> СІ + 0₂; о + о₃ —> о₂ + о₂.

Найімовірніші вони на висоті 20—40 км. Концен­трації каталізаторів в 1000 разів менші від концентрації озону, кількість циклів руйнування на одну молекулу

каталізатора становить від 102 до 107. Дія різних ката­літичних циклів залежить від висоти (вище 35 км — хлорний цикл, нижче — азотний).

Ще ефективнішим каталізатором руйнування озону є бром, за участю якого можуть відбуватися такі цикли реакцій:

Вг + 0₃ —> ВгО + 0₂;

ВгО + О —> Вг + 0₂;

Вг + 0₃ —> ВгО + 0₂;

ВгО + ВгО -» 2Вг + 0₂.

Один атом брому може зруйнувати десятки тисяч молекул озону.

За наявності брому і хлору цикли мають такий ха­рактер:

Вг + 0₃ -» ВгО + 0₂;

СІ + 0₃ -> СЮ + 0₂;

ВгО + СІ —> Вг + СІ + 0₂.

На руйнування озону стратосфери певною мірою впливають викиди продуктів згоряння палива косміч­ної і ракетної техніки. Забруднюють високі шари атмо­сфери оксидами азоту сучасні надзвукові літаки.

Дослідження озонового шару почалися у 1930 р. Згодом вони були розширені, а для ведення спостере­жень була створена спеціальна мережа станцій («мере­жа Добсона»). Вимірювання кількості стратосферного' озону протягом 1980—1991 рр. з канадського супутни­ка «Німбус-7» засвідчили, що швидкість руйнування озону становить 0,224 % на рік. За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік його кількість в озоновому екрані скоротилася на 45 %. Через зменшення товщі озонового екрана та розриви в ньому зростає кількість ультрафіолетового випромінювання, що досягає по­верхні Землі (за останні 10 років — на 10 % , а в Антар­ктиді, де стійко зберігається озонова діра, — на 40 %). Невелику озонову діру виявлено у Північній півкулі над Шпіцбергеном. Її поява спричинила зростання ультрафіолетового фону на територіях, розташованих поблизу.

За даними «Грінпіс», зменшення товщі озонового шару на кожні 10 % спричинює збільшення кількості випадків захворювання раком шкіри на 300 тис. ви­падків, є однією з причин захворювання катарактою очей. Підвищене ультрафіолетове опромінення зни­жує імунітет, через що стають частішими і важчими інфекційні захворювання людей та сільськогосподар­ських тварин.

В Україні стан озонового екрана над її територією контролюють 6 спеціальних станцій (у Києві, Одесі, Борисполі, Богуславі, Львові та Феодосії). За їх дани­ми, з 1980 р. озоновий екран над Україною стає менш потужним. Тому Україна приєдналася до Конвенції 1985 р. з охорони озонового екрана, зменшення кіль­кості викидів і виробництва фреонів, інших речовин, що руйнують озон.

Запустелювання. Сутність цього явища полягає у виснаженні аридних та напіваридних екосистем під впливом діяльності людини та посух. Запустелювання відбувається здебільшого в посушливих зонах. Воно про­являється в деградації природних біномів (сукупностей біоценозів, видів рослин і тварин однієї природної зони, для яких характерні певні типи структур угруповання, що є наслідком адаптації виду до умов середовища) і зни­женні родючості ґрунтів. Території, які зазнали запусте­лювання, не здатні самовідновлюватися. Натепер пусте­лі займають вже 4 млрд. 616 млн. га. Щорічно площа пустель зростає на 60 тис. км².

Людство вперше зіткнулося з цим явищем на вели­ких територіях в 1968—1973 рр., коли запустелювання південного району Сахари спричинило голод серед міс­цевого населення. Аналогічний процес відбувався і в районі Аральського моря. Аральська катастрофа завер­шилася аридизацією клімату на великій території. Наслідки її поширилися на південь від Аралу на 100— 400 км. На віддалі до 250 км від Аралу рівень ґрунтової води знизився на 5 м. Ці масштабні регіональні катас­трофи, як і немало інших, спричинені господарською діяльністю людини.

Отже, антропогенне забруднення атмосферного по­вітря порушує безпечну життєдіяльність людини, приз­водить до погіршення здоров’я людей, негативно впли­ває на стан біоценозів, зменшуючи їх продуктивність та породжуючи процеси деградації екологічних систем. Людство повинно докласти максимальних зусиль, щоб зупинити ці негативні процеси і не допустити виник­нення нових

2. .Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря

Зростання антропогенного впливу на навколишнє середовище вимагає оволодіння різноплановою і де­тальною інформацією про нього, яка дає змогу не тільки оцінити реальну ситуацію, а й спрогнозувати стан середо­вища у перспективі, налагодити раціональну систему природоохоронної діяльності, контролю за станом еко­систем.

Організація спостережень передбачає контроль за поширенням шкідливих домішок як в самій атмосфері, так і між елементами системи «атмосфера—гідросфе­ра—літосфера—біосфера». Для цієї діяльності необхідні:

• відомості про наявні та перспективні джерела за­бруднення атмосфери (з урахуванням розвитку еконо­мічних районів);

• характеристика забруднюючих речовин (токсич­ність, здатність вступати в хімічні реакції з іншими ре­човинами, здатність до самоочищення);

• гідрометеорологічні дані;

• результати попередніх спостережень за забруд­ненням атмосфери (експедиційні дослідження);

• дані про рівні забруднення навколишнього при­родного середовища в сусідніх країнах;

• відомості про транскордонне перенесення шкід­ливих домішок.

Комплекс завдань, пов’язаних зі збором цієї інфор­мації, виконує спеціальна служба спостережень, яку формують система спостережень і система контролю.

Система спостережень забезпечує спостереження за якістю атмосферного повітря в містах, населених пун­ктах і територіях, розміщених поза зоною впливу кон­кретних джерел забруднення. Спостереження здійсню­ють служби Держкомітету гідрометеорології, які надають дані про метеорологічні умови і концентрацію шкідливих речовин. Міністерство охорони здоров’я проводить ви­біркові спостереження за рівнем забруднення в місцях проживання населення. Науковий комітет Національної академії наук України організовує авіаційно-космічні спостереження за станом озонового шару і глобальним забрудненням атмосфери. Практикуються екологічні спостереження за окремими підприємствами.

Система контролю здійснює спостереження і кон­троль за джерелами забруднення, викидами шкідливих речовин в атмосферу. З цією метою Міністерство еколо­гії та природних ресурсів організовує спостереження за джерелами промислових викидів в атмосферу та дотри­манням норм гранично допустимих викидів, контролює реалізацію заходів з охорони атмосферного повітря, дотримання відповідних вимог при розміщенні, проек­туванні, будівництві та введенні в експлуатацію нових підприємств.

При організації спостережень за станом повітря ви­користовують попередні дослідження, які передбача­ють обстеження території (метеорологічні умови, вміст забруднювачів) за допомогою пересувних лабораторій, що здійснюють відбір та аналіз проб з метою вивчення розміщення діючих джерел забруднення та перспектив розвитку промисловості.

Після з’ясування наявного та перспективного рівнів забруднення атмосферного повітря оцінюють зміни концентрацій домішок у просторі й часі, розробляють схему розміщення постійних (стаціонарних) постів спостереження на території міста, програми їх роботи. Пост спостережень може надавати інформацію про за­гальний стан повітряного басейну (якщо він знаходить­ся поза зоною впливу окремих джерел викидів) і кон­тролювати джерела викидів (якщо він перебуває в зоні впливу джерел викидів). При їх розміщенні пріоритет­ними є житлові райони з найбільшою щільністю насе­лення, де можливе перевищення встановлених порого- вих значень гігієнічних показників (ГДК). Робота пос­тів спостережень повинна відповідати таким умовам:

• обов’язковість відображення загального стану по­вітряного басейну і контроль за джерелами викиду;

• необхідність здійснення спостережень за всіма до­мішками, концентрації яких перевищують ГДК;

• обов’язковість визначення пилу, діоксиду сірки, оксиду вуглецю та оксидів азоту.

Контроль за радіоактивним забрудненням атмосфер­ного повітря здійснюється на фоновому рівні, а також у зонах впливу атомних електростанцій та інших джерел можливих викидів радіоактивних речовин. Під час кон­тролю за радіоактивним забрудненням на фоновому рів­ні використовують фонові станції або спеціальні стан­ції, встановлені на відстані 50—100 км від можливого джерела радіоактивного забруднення. Для моніторингу в радіусі до 25 км використовують мережу контролю і спеціальні пости спостережень, де встановлюють датчи­ки гамма-випромінювання та пристрої для відбору проб і аналізу повітря. У межах санітарно-захисної зони (СЗЗ) утворюють пости дистанційного контролю радіо­активного забруднення атмосферного повітря.

Моніторинг забруднення території на основі сніго­мірної зйомки (спостереження за забрудненням снігово­го покриву) забезпечує контроль за рівнем забруднення атмосферного повітря в чистих (фонових) районах, міс­тах та інших населених пунктах.

Важливими методами контролювання транскордонно­го перенесення глобальних потоків домішок на великі від­стані від місця викиду є система наземних та авіаційних станцій, а також математичні моделі поширення забруд­нюючих речовин в повітрі. Мережа станцій транскордон­ного перенесення обладнана системами відбору газу та аерозолів, збору сухих осідань і опадів, аналізу вмісту до­мішок у відібраних пробах. Інформація надходить у Захід­но- та Східноєвропейський метеорологічні синтезуючі цен­три. За ступенем оперативності її поділяють на такі види:

• екстрена інформація (містить відомості про різкі зміни рівнів забруднення атмосферного повітря, негайно передається в контролюючі та господарські організації);

• оперативна інформація (містить узагальнені ре­зультати спостережень за місяць);

• режимна інформація (містить дані про середній та найбільший рівні забруднення повітря протягом трива­лого часу (як правило, за рік), використовується при плануванні заходів, оцінюванні збитків, завданих на­родному господарству внаслідок забруднення атмосфер­ного повітря).

Для забезпечення ефективності заходів з охорони повітря інформація повинна бути повною і достовірною. Повноту інформації забезпечують достатня кількість контрольованих інгредієнтів, тривалий термін спосте­режень, раціональне розміщення мережі; достовірність інформації досягається неухильним дотриманням нор­мативних вимог. Значною мірою достовірність зале­жить від однорідності інформації.

Діюча в Україні мережа спостережень за забруднен­ням атмосферного повітря охоплює пости ручного відбо­ру проб повітря й автоматизовані системи спостережень та контролю оточуючого середовища (АСКОС). Пости спостережень за забрудненнями можуть бути стаціонар­ними, маршрутними та пересувними (підфакельними). З постів ручного відбору проби для аналізу передають в хімічні лабораторії. Стаціонарні АСКОС обладнані пристроями для безперервного відбирання та аналізу­вання проб повітря в заданому режимі й передавання ін­формації каналами зв’язку в центр управління.

Оцінювання забруднення атмосферного повітря в містах України здійснюють за даними спостережень, які проводять у 54 містах на 166 стаціонарних постах та на 2 станціях транскордонного переносу. Порівняно з 1997 р. помічено деяке зниження забруднення атмо­сферного повітря за більшістю домішок в Україні зага­лом і в окремих містах (табл.3.4).

Таблиця 3.4 Вміст основних забруднюючих речовин в атмосферному повітрі за даними спостережень Держкомгідромету Речовина	Кіль­кість міст, вклю­чених до уза­галь­нення	Серед­ ньо- річна концен­ трація, мг/м3	Макси­ мальна кон- цент- рація, мг/м3	Частка міст (%), де середньорічні концентрації перевищували:			Частка міст (%), де макси­мальні разові концентрації перевищували:
				1 гдк	5 ГДК	10 гдк	1 ГДК	5 ГДК	10 ГДК
Пил	54	0,15	6,1	44	0	0	63	6	2
Діоксид сірки	52	0,021	0,656	6	0	0	4	0	0
Оксид вуглецю	48	2,1	32,0	17	0	0	69	4,2	0
Діоксид азоту	52	0,05	0,94	60	0	0	85	11	2
Оксид азоту	27	0,03	0,57	7	0	0	7	0	0
Аміак	23	0,035	0,82	26	0	0	56	0	0
Сірководень	17	0,003	0,066	ГДК с.д. не встановлена			76	12	0
Фенол	26	0,0038	0,05	46	0	0	77	0	0
Фтористий водень	16	0,0046	0,097	37	0	0	44	0	0
Формальдегід	23	0,0066	0,153	70	9	0	44	4	0
Хлористий водень	10	0,045	0,87	0	0	0	50	0	0

Раціонально організована система спостережень та контролю за станом атмосферного повітря дає змогу от­римати необхідну інформацію про якісний склад повіт­ря в населених пунктах і зонах впливу джерел викидів, про транскордонні перенесення забруднюючих речо­вин, виявити території, для яких характерні переви­щення ГДК забруднюючих речовин. Наявність досто­вірних і комплексних даних спостережень є необхідною передумовою для розроблення рекомендацій щодо по­ліпшення стану атмосфери.

3. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень

Світові міжнародні та регіональні системи спостере­жень і контролю за забрудненням атмосферного повітря розвинутих країн організовані відповідно до рекомен­дацій ООН, які були розроблені при створенні програм моніторингу. Спостереження за станом атмосферного повітря проводять з 70-х років XX ст. Системи моніто­рингу атмосферного повітря різних країн, як правило, відстежують якість повітря та його зміни в критичних аварійних ситуаціях. Перелік забруднюючих речовин, за якими варто здійснювати спостереження, кожна кра­їна визначає самостійно. Подібний підхід до організації системи спостереження за станом атмосферного повітря застосовують у країнах СНД і в Україні.

Закон України «Про охорону атмосферного повітря» (1992 р.) значно розширив функції служб спостережен­ня та контролю за забрудненням атмосфери, які в своїй практиці використовують розрахункові і експеримен­тальні (регулярні спостереження за концентраціями шкідливих домішок) методи. На основі теоретичних та експериментальних досліджень поширення домішок в атмосфері вироблено основні принципи організації ме­режі спостережень, лабораторного (хімічного) аналізу проб повітря, збирання, оброблення та узагальнення ін­формації про забруднення.

Інформацію про вміст забруднюючих речовин в по­вітрі надає мережа служби моніторингу. Відповідаль­ність за її організацію покладена на Держкомгідромет України.

Якість повітря в населених пунктах контролюють стаціонарні, маршрутні і пересувні (підфакельні) пости спостереження.

Стаціонарний пост спостереження. Він призначе­ний для регулярного відбору проб повітря з метою подаль­шого лабораторного аналізу, безперервного реєстрування вмісту забруднюючих речовин автоматичними газоаналі­заторами. Мережа стаціонарних постів обладнана примі­щеннями типу «ПОСТ» — утепленими дюралевими па­вільйонами, в яких встановлені комплекти приладів та обладнання для відбору проб повітря і вимірювання ме­теорологічних параметрів: температури, вологості, швидкості та напрямку вітру. Діючі типи павільйонів «ПОСТ-1», «ПОСТ-2», «ПОСТ-2а» відрізняються про­дуктивністю та ступенем автоматизації. Найпоширені­шими є лабораторії типу «Пост-2».

Лабораторію комплектну типу «ПОСТ-2» вико­ристовують для стаціонарних спостережень за рівнем забруднення атмосферного повітря, а також для з’ясу­вання метеорологічних характеристик. Вона забезпечує автоматичне вимірювання та фіксування на діаграмній стрічці концентрацій оксиду вуглецю і діоксиду сірки; автоматичний відбір 33 проб повітря для визначення 5 газоподібних домішок, сажі та пилу; ручний відбір 5 проб повітря на вміст газоподібних домішок, сажі і пи­лу; автоматичне вимірювання і реєстрацію напрямку та швидкості вітру, температури (-50—Ь50°С), вологості атмосферного повітря, контроль за темпера­турою, вологістю і тиском атмосферного повітря за до­помогою переносних приладів.

Комплект її технічних засобів містить:

• металевий каркас (павільйон) із зовнішніми та внутрішніми допоміжними пристроями;

• прилади автоматичного контролю концентрацій забруднюючих речовин: газоаналізатори типу ГМК-3 (для визначення оксиду вуглецю) і типу ГКП-1 (для ді­оксиду сірки);

• групу приладів для автоматичного та ручного від­бору проб повітря на вміст газоподібних домішок, сажі та пилу: електроаспіратори типу ЕА-1, ЕА-2, ЕА-2С і ав­томатичний повітровідбирач «Компонент»;

• групу приладів для автоматичного і ручного кон­тролю метеопараметрів: анеморумбограф типу М63МР, датчики температури і вологості.

Лабораторію «ПОСТ-2» обслуговує оператор, який реєструє значення температури, вологості, тиску. Вона може працювати в безперервному режимі або з перерва­ми при півгодинному обслуговуванні оператором 2—4 рази на добу, одночасно контролюючи вміст у повітрі 2 забруднюючих речовин. За одне обслуговування забез­печується одночасний відбір 38 проб (за автоматичного відбору — 33, ручного — 5 проб). «ПОСТ-2» контролює 7 метеопараметрів (4 — при автоматичному вимірюван­ні з реєстрацією, 3 — при візуальному). Продуктив­ність лабораторії за чотириразового обслуговування протягом доби становить 50 тис. проб/год., середній термін служби — 10 років.

Серед стаціонарних постів виокремлюють опорні стаціонарні пости (призначені для виявлення довготри­валих змін вмісту основних або найбільш поширених забруднюючих речовин) та неопорні стаціонарні пости (призначені для спостережень за спеціальними шкідли­вими речовинами, що характерні для контрольованої місцевості).

Кількість стаціонарних постів визначають залежно від чисельності населення (табл. 3.5), рельєфу місцевос­ті, особливостей промисловості, змін концентрацій заб­руднюючих речовин.

Таблиця 3.5

Стаціонарні пости спостережень можуть встановлю­ватись в житловій, промисловій, змішаній зонах та біля автомагістралей.

Маршрутний пост спостереження. Він призначе­ний для регулярного відбору проб повітря у фіксованих точках місцевості за допомогою спеціально обладнаної автолабораторії. Маршрут щомісячно змінюється з та­ким розрахунком, щоб відбір проб повітря у кожному пункті проводився в різний час доби. Наприклад, протя­гом першого місяця машина об’їжджає пости в порядку зростання номерів, другого — в порядку їх спадання, третього — з середини маршруту до кінця і з початку до середини. Розміщення маршрутних постів повинно бути таким, щоб виявляти максимальні концентрації заб­руднюючих речовин, які формуються джерелом вики­ду. Визначаючи місця відбору проб, приймають до ува­ги висоту джерела викиду (Н) і максимально можливу зону забруднення ним атмосферного повітря (И), яка дорівнює 20Н. Складають схему, центром якої є дже­рело викиду, навколо котрого будують кола з радіуса­ми 0,511; Ш; 1,511 (ІІ=20Н, Н — висота джерела викиду). У точках перетину кіл з проведеними з центра лінія­ми, що позначають сторони світу, відбирають проби по­вітря.

Підфакельний (пересувний) пост спостереження. Його використовують для відбору проб під димовим фа­келом з метою виявлення зони його впливу. Ці місця обирають з урахуванням закономірностей поширення забруднюючих речовин в атмосфері. Проби відбирають за переважаючим напрямком вітру на відстанях: 0,2; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15; 20 км від джерела забруднен­ня. Допоміжні точки встановлюють у зоні формування максимальної концентрації, на межі санітарної захисної зони (СЗЗ), на відстані СЗЗ + 200 м. На кожному колі по обидві сторони від осі факелу на відстані 1/25 R встанов­люють ще по два пости. У зоні максимального забруд­нення відбирають не менше 60 проб повітря, а в інших зо­нах — до 25 на висоті 1,5 м від поверхні землі протягом 20—30 хв. не менше як у трьох точках одночасно.

Залежно від виду постів спостережень та їх завдань визначають програми і терміни спостережень. На стаціо­нарних постах спостереження за забрудненням атмо­сферного повітря та метеорологічними параметрами проводять протягом року, незалежно від погодних умов. Вони можуть працювати за повною, неповною, скороченою програмами спостережень.

За повною програмою спостереження проводять що­денно (неділя — вихідний, субота — чергується) о 1, 7, 13 та 19 год. за місцевим часом або інколи використовують зміщений графік. Спостереження за цією програмою пе­редбачають вимірювання вмісту в повітрі пилу, діоксиду сірки, оксиду вуглецю та оксидів азоту, а також тих речо­вин, концентрації яких перевищують ГДК.

За неповною програмою спостереження проводять щоденно (субота і неділя чергуються) о 7, 13 та 19 год. У районах, де температура повітря нижча -45°С, спосте­реження проводять за скороченою програмою щоденно, крім неділі, о 7 та 13 год. за місцевим часом.

Спостереження за скороченою програмою проводять у місцях, де середньомісячні концентрації менші за 1/20 ГДК( максимально разових).

Усі програми спостережень обов’язково охоплюють спостереження за метеопараметрами. За несприятли­вих погодних умов відбір проб повітря на всіх постах по­винен проводитись через кожні З год.

Визначення концентрацій на маршрутних постах проводять за годинним графіком.

Діюча мережа спостережень за станом атмосферного повітря, сформована зі стаціонарних, маршрутних та підфакельних постів дає змогу контролювати забруднен­ня повітря в населених пунктах, виявляти вплив джерел забруднення на певні території та викиди стаціонарних джерел забруднення. За сприяння системи постів вста­новлюють динаміку забруднення атмосфери, виявляють території, де зростає вміст забруднюючих речовин у по­вітрі, визначають небезпечні джерела викидів.

4. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря, прилади і способи відбору проб

Головною метою аналізу забруднення повітря є от­римання інформації про якісний та кількісний його склад, необхідної для прогнозування рівнів забруднен­ня, оцінювання фактичного стану, реалізації заходів щодо охорони повітряного басейну.

Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря

Аналіз забруднення повітряного середовища є чи не найскладнішим завданням аналітичної хімії, оскільки повітря є рухомою системою, склад якої постійно змі­нюється, а одна проба може одночасно містити десятки, сотні органічних і неорганічних сполук. Крім того, кон­центрація токсичних речовин в атмосфері може бути мі­зерно малою (10'⁴—1(Г⁷% і нижче).

Для оцінювання забруднення повітря використову­ють лабораторні (характеризуються високою точністю і є незамінними для поглиблених досліджень); експресні (передбачають використання універсальних газоаналі­заторів ); автоматичні (забезпечують безперервний кон­троль забруднення атмосферного повітря) методи.

Лабораторні дослідження проводять з використан­ням хроматографічних, мас-спектрального, спектраль­ного, електрохімічного методів аналізу забруднення ат­мосферного повітря.

Хроматографічні методи аналізу забруднення атмосферного повітря. їх сутність полягає в розподі­лі, якісному виявленні та кількісному визначенні ком­понентів повітряної суміші за допомогою спеціальних пристроїв — хроматографів. Найефективніші вони за необхідності визначення складних домішок у повітря­них пробах. Цю групу методів (залежно від мети визна­чення певних домішок) утворюють:

• газова хроматографія (метод дослідження мікро- домішок летких органічних сполук). Реалізують його за допомогою газового хроматографа (рис. 3.2)

1 — газ-носій (інертний газ), 2 — регулятор витрат, 3 — прилад для введення проби, 4 — колонка, 5 — детектор, 6 — самописець, 7 — термостат.

Рис. 3.2. Схема газового хроматографа

Розподіл летючих речовин у газовому хроматографі відбувається в певній послідовності. За допомогою неве­ликого скляного шприца (3) вводять пробу з одного кін­ця довгої вузької хроматографічної колонки (трубка довжиною 0,9—3,0 м і діаметром 0,25—50 мм), через яку йде газ-носій, тобто інертний газ, який проходить через колонку з постійною швидкістю і виносить компо­ненти проби, що з’являються на виході залежно від ча­су перебування їх в колонці. Розподіл компонентів газу відбувається за рахунок твердого або рідкого адсорбенту (нерухомої фази), який знаходиться в колонці. Завдяки абсорбції окремих компонентів на активних центрах абсорбенту або їх розчиненню в нерухомій фазі (залеж­но від фізичних властивостей компонентів суміші) одні з них просуваються швидше, а інші — повільніше, що дає змогу розрізняти їх на виході, використовуючи від­повідний детектор. Внаслідок цього отримують хрома- тограму — зональний розподіл компонентів. На її ос­нові виокремлюють та аналізують окремі речовини проби;

• рідинна хроматографія (метод, ефективний при аналізуванні проб повітря, забрудненого домішками токсичних органічних сполук (поліциклічних арома­тичних вуглеводів, пестицидів та ін.) різних концентра­цій). Принцип роботи установок рідинної хроматогра­фії аналогічний газовим;

• йонно-рідинна хроматографія (метод визначення мікродомішок, здатних до вступу в реакції органічних і неорганічних сполук). Суть методу, принцип роботи ус­тановок тотожні двом попереднім;

• полуменево-йонізаційний метод (за його допомо­гою визначають сумарну кількість вуглеводнів). Детек­тування з його застосуванням здійснюють введенням га­зоподібної проби в полум’я водню, яке знаходиться між електродами з напругою в кілька сотень вольт. За відсут­ності домішок виникає дуже мала напруга йонізації (1СГ¹²—1(Г¹³ А). Унаслідок потрапляння у водневе по­лум’я газоподібної домішки, яка містить вуглеводні, в полум’ї виникають йони, які прямують до додатного електрода. Напруга йонізації, яка виникає, (10 ⁷—10¹² А) посилюється електрометричним підсилювачем постій­ного струму і реєструється самопишучим приладом.

Використання полуменево-йонізаційного методу для детектування компонентів проби після їх розподі­лу з використанням газової хроматографії допомагає розрізняти наявні в пробах повітря вуглеводні і визна­чати їх кількість. Завдяки полуменево-йонізаційному методу встановлюють тільки сумарну кількість наяв­них вуглеводнів, однак він не дає змоги розрізняти ре­човини.

Мас-спектральний метод аналізу забруднення атмосферного повітря. Послуговуючись ним, здій­снюють кількісний та якісний аналізи усіх сполук, які є в пробі. Цей метод полягає в йонізації газоподібної проби шляхом електронного бомбардування, після чого йони піддають дії магнітного поля. Залежно від маси і заряду йона відхилення проходить з різною швидкістю і за різними траєкторіями, що дає змогу визначити всі наявні сполуки та їх концентрації в пробі.

Спектральні методи аналізу забруднення атмо­сферного повітря. Ці методи найефективніші при до­слідженні якісного і кількісного складу забруднення повітря. їх сутність полягає у визначенні складу та бу­дови речовини за її спектром, який впорядкований за довжиною хвилі електромагнітним випромінюванням. Спектральний аналіз дає змогу встановити елемен­тний, нуклідний і молекулярний склад речовини, її бу­дову (атомно-емісійний спектральний аналіз), визна­чити концентрації речовини за поглинанням шаром атомної пари елемента монохроматичного резонансно­го випромінювання (атомно-абсорбційний спектраль­ний аналіз).

Одним з найдоступніших спектральних методів ана­лізу повітря є колориметрія, яка полягає у вимірюван­ні послаблення світлового потоку внаслідок вибіркового поглинання світла речовиною у видимій ділянці спек­тра. Інгредієнт, що визначається, переводять у зафарбо­вану сполуку за допомогою специфічної хімічної реак­ції, потім визначають інтенсивність кольору розчину. Якщо речовина поглинає у видимій ділянці спектра, термін аналізу зменшується, оскільки зникає необхід­ність отримання зафарбованого розчину.

Активно використовуються і стрічкові фотоколори- метричні газоаналізатори, в яких взаємодія речовини, що визначається, і реагенту відбувається на паперових, тканинних або полімерних стрічках. Стрічкові аналі­затори, порівняно з рідинними, чутливіші, простіші в роботі, не вимагають часу на попереднє приготування розчину.

До спектральних методів відноситься також ультра­фіолетова (УФ) та інфрачервона (14) спектроскопія. В УФ-ділянці найчастіше аналізують ароматичні сполу­ки, неорганічні речовини (30₂, Ж)₂, Н^). Порівняно з колориметрією цей метод чутливіший, але недостатньо селективний, оскільки багато органічних з’єднань ма­ють в УФ-ділянці спектра широкі смуги поглинання, які можуть перериватися. Це знижує точність вимірю­вань, а іноді унеможливлює аналіз багатокомпонентних сумішей. Метод ІЧ-спектроскопії забезпечує ідентифі­кацію і кількісне визначення промислових забруднень органічного та неорганічного походження.

Особливо чутливим щодо визначення невеликих слі­дів органічних і неорганічних домішок у повітрі є люмі­несцентний метод аналізу, який ґрунтується на прин­ципі збудження молекул 80₂, N02, С1₂ випроміненням з довжиною хвилі, характерною для поглинання цих спо­лук у видимій та УФ-ділянках спектра. Збуджують флюоресценцію лазерами та високоінтенсивними газо­розрядними лампами, а довжину хвилі вимірюють світ­лофільтрами.

З появою ядерних джерел випромінювання, наділе­них монохроматичністю, високою спектральною по­тужністю та напрямком випромінення, поширилися ак­тивні методи зондування атмосфери у горизонтальному напрямку — до декількох десятків кілометрів у видимо­му, УФ- та ІЧ-діапазоні електромагнітного спектра.

Електрохімічні методи аналізу забруднення ат- мосферного повітря. Широко застосовують ці методи при систематичному контролюванні стану забруднення атмосферного повітря і повітря робочих зон, в лаборато­ріях АЕС та лабораторіях мережі спостережень Дер- жкомгідромету України.

Найпоширеніші в аналізі атмосферних забруднень кондуктометричні та кулонометричні методи. Сутність кондуктометричного методу полягає у вимірюванні електропровідності аналізованого розчину. Електро­провідність розчину забезпечується йонами речовин, здатними дисоціювати в певних умовах, і залежить від концентрації йонів у розчині та їх рухомості. Кондукто- метричний метод не вимагає використання складної апаратури, є високочутливим, швидкодіючим, викону­ється компактною апаратурою.

Кулонометрія є безеталонним електрохімічним ме­тодом порівняно високої точності та чутливості. Вона полягає у визначенні електричного заряду, необхідного для здійснення електрохімічного процесу виділення на електроді або створення в електроліті речовини, за якою аналізують досліджувану пробу.

Широкий спектр методів оцінювання забруднень ат­мосфери є запорукою того, що можна з високою точніс­тю з’ясувати якісні та кількісні характеристики речо­вин і сумішей, наявних у повітрі.

Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу

Одним з основних елементів аналізу якості атмо­сферного повітря є відбір проб. Важливість його зумов­люється тим, що за неправильного відбору проб резуль­тати аналізу втрачають сенс. Проби повітря відбирають аспіраційним способом (пропускаючи повітря через поглинальний прилад з визначеною швидкістю) і спосо­бом заповнення посудин обмеженого об’єму. Для до­слідження газоподібних домішок придатні обидва спо­соби, а для дослідження аерозольних домішок і пилу — лише аспіраційний.

Аспіраційний спосіб відбору проб повітря. У ре­зультаті пропускання повітря через поглинальний при­лад відбувається концентрування аналізованої речови­ни в поглинальному середовищі. Для визначення кон­центрації речовини витрата повітря повинна становити десятки і сотні літрів за хвилину. Проби поділяють на разові (період відбору 20—30 хв.) та середньодобові (не менше 4-разових проб, через однакові проміжки часу протягом доби о 1, 7, 13 та 19 год.). Найкращим способом отримання середньодобових значень є безперервний від­бір проб повітря протягом 24 год. Для їх відбору викорис­товують електроаспіратори, пилососи та інші прилади і пристрої, які пропускають повітря, а також прилади, які реєструють його об’єм (реометри, ротаметри та ін.).

На стаціонарних пунктах (лабораторіях типу «ПОСТ») системи відбору проб повітря забезпечують їх разовий відбір для дослідження газових домішок, сажі, пилу та аерозолів. Система відбору проб повітря для аналізу газових домішок і сажі складається з повітро­проводу, обладнаного нагрівальним пристроєм з термо­регулятором, розподільного гребінця для підключення поглинальних приладів та двох електроаспіраторів. Система відбору проб повітря для дослідження пилу ут­ворюється з трубки, яка обладнана фільтрами, та гнуч­кого шланга, котрий підключають до повітропроводу.

За нестаціонарних умов використовують аспірацію по­вітря за допомогою двигуна внутрішнього згоряння або пилососа, підключеного до стаціонарного джерела зі струмом.

Важливим елементом системи пробовідбору є погли- нальні пристрої, призначені для вбирання газоподібних речовин, аерозолів і пилу.

Відбір проб повітря способом заповнення посудин обмеженого об’єму. Використання цього способу зумов­лено значною агресивністю хімічних речовин, які влов­люють з повітря поглинальні пристрої. Звичайні скляні ємності найчастіше використовують при відборі проб по­вітря для визначення оксиду вуглецю та інших газових до­мішок. Скляний посуд заповнюють аналізованим повіт­рям шляхом продування через посудину його 10-кратно- го об’єму, після чого посудину закривають; за допомогою вакуумного заповнення (з герметично закритих посудин повітря відкачується, їх відкривають у місці відбору про­би і потім знов закривають); способом заміщення попе­редньо залитої в посудину інертної рідини повітрям (пі­сля того, як рідина вилилась, посудину закривають).

При відборі разових проб повітря для визначення ді- оксиду сірки використовують прилад Ріхтера і сорбцій- ну трубку; при відборі діоксиду азоту — и-подібну труб­ку і сорбційну трубку. Під час відбору проб необхідно уникати потрапляння світла на поглинальний прилад. Термін збереження проб, відібраних в и-подібну труб­ку, становить не більше 3 діб, а в сорбційні трубки — тиждень. За необхідності отримання інформації про на­явність у повітрі окремо діоксиду і оксиду азоту між двома поглиначами (И-подібні або сорбційні трубки) встановлюють и-подібну трубку з окислювачем.

У поглинальний прилад І (рис.3.3) надходить суміш N0+N02■ Там N02 адсорбується, а N0 надходить в Й-по- дібну трубку, де за допомогою окислювача переходить в N0₂. Регулятор вологості, який використовується в ІІ-подібній трубці, забезпечує довгостроковість та ефек­тивність роботи окислювача, який у процесі роботи змі­нює колір від жовтого до зеленувато-коричневого, у зв’язку з чим його необхідно своєчасно замінювати.

Оксид вуглецю (СО) відбирають у газові піпетки або гумові камери. Через газову піпетку прокачують 10-крат- ний об’єм повітря, потім її щільно закривають. У гумо­ві камери повітря відбирають кілька разів протягом

III

І, II — поглиначі N02 ; III — окислювач N0; 1 — регулятор вологості; 2 — носій з окислювачем; 3 — скловата.

Рис. 3.3. и-подібна трубка

20 хв. Заповнена гумова камера герметизується затис­качем.

Разові проби пилу відбирають на фільтруючі матері­али. Швидкість його руху в ротаметрі не повинна бути меншою від швидкості вітру в місці відбору проби. За­лежно від швидкості вітру і швидкості відбору проби вибирають діаметр насадки.

Х

Характеристики пробовідбору основних забруднюючих речовин

арактеристики відбору проб основних забрудню­ючих речовин (період відбору 20 хв.) наведено в табли­ці 3.6.

Речовина, що контролюється	Поглинальний прилад	Об’єм поглииального розчину, мл	Швидкість аспірації, л/хв.
Діоксид сірки	Прилад Ріхтера Сорбційна трубка	6 ОД—0,2	4 0,5—2,0
Діоксид азоту	И-подібна трубка Сорбційна трубка	6 ОД—0,2	0,25 0,25
Пил (завислі речовини — спалюють до золоподібного стану)	Фільтр АФА-ХП-18 Фільтр ФПП-15		1—50 1—100

Таблиця 3.6

Відбір проб аерозолів проводять за допомогою філь­труючих пристроїв типу «Тайфун».

Певні особливості має методика відбору проб для визначення вмісту радіоактивних домішок. Проби дово­дять до необхідного об’єму і на у-спектрометрі визнача­ють йод-131 (Л^ш) та інші летючі радіонукліди. Потім проби озолюють (спалюють до золоподібного стану) і визначають сумарну р-активність, після чого кожну до­бову пробу зберігають у спеціальних пакетах. Іноді комплектують пентадні проби — проби, що містять 5 добових проб. Місячні проби формують зсипанням усіх добових проб в окремий пакет. їх супроводжують від­повідною запискою, яка передбачає такі пункти: назва проби; назва пункту відбору; місяць, рік; дні, в які про­би не відбиралися; кількість добових проб; об’єм повіт­ря; загальна маса проби.

Охарактеризовані методи відбору проб дають змогу відібрати повітря для лабораторного аналізу за різнома­нітних умов. Вибір конкретного методу залежить від мети дослідження і якісного складу проби повітря. Пра­вильний відбір проби впливає на достовірність лабора­торних визначень концентрації забруднюючої речовини в повітрі.

Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря

У зв’язку з тим, що метеорологічні чинники зумов­люють перенесення і розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі, відбір проб повітря повинен су­проводжуватися спостереженнями за димовими факе­лами джерел викидів і такими метеорологічними пара­метрами, як швидкість і напрям вітру, температура і вологість повітря, атмосферні явища, стан погоди і під­стилаючої поверхні. Результати спостережень запису­ють у робочий журнал гідрометеоспостерігача, а оброб­лені результати — у книгу запису спостережень за за­брудненням атмосферного повітря і метеорологічними елементами (КЗА-1).

Спостереження за димовим факелом і станом по­годи. їх здійснюють, беручи під контроль найпотужніше джерело. При цьому фіксують колір і форму факела в місці виходу з джерела. Форму факела фіксують візуаль­но і записують його шифр (1,2,3) відповідно до табл. 3.7.

Шифр і характеристика факела Таблиця 3.7 Шифр	Характеристика факела
1	Факел має нестійкі контури, клуби диму то високо піднімаються, то різко опускаються; спостерігається вдень при позитивному градієнті температури і помірній швидкості вітру
2	Факел піднімається вгору і рівномірно розтікається у всі сторони; частіше спостерігається в літній період; в денний час може спостерігатися при слабкій швидкості вітру
3	Г-подібна форма факела; дим при виході з труби прямує у горизонтальному напрямку або спочатку піднімається вертикально при нульовому або негативному градієнті температури і при штилі

Стан погоди оцінюють візуально за характерними ознаками, вказаними в табл. 3.8. У КЗА-1 вносять від­повідні записи і шифри.

Таблиця 3.8 Характерні ознаки стану погоди Сіруватий	Стан погоди, атмосферні явища	Характерні ознаки
0	Ясно	Немає хмар або окремі хмари закривають не більше 2/10 неба; сонце не закрите
1	Змінна хмарність	Хмари закривають менше 8/10 неба; сонце час від часу закривається хмарами
2	Імла	Помутніння повітря за рахунок зважених часток пилу, диму, гару. Повітря має синюватий відтінок
3	Серпанок	Слабке помутніння атмосфери за рахунок перенасичення повітря вологою. Повітря має сіруватий відтінок; горизонтальна видимість більша за 1 км
4 5	Дощ Мряка	Опади у вигляді дрібних крапель; їх падіння на землю непомітне для ока
6	Пилова буря	Погіршення видимості на великій тери­торії через пил, піднятий сильним вітром
7	Сніг	Опади у вигляді крижаних кристалів
8	Туман	Помутніння атмосфери при горизонтальній видимості меншій 1 км
9	Похмуро	Небо вкрите хмарами на 8/10 і більше. Сонце не просвічує

Підстилаючу поверхню в радіусі до 100 м від місця спостереження визначають як суха запилена, суха не запилена, волога, мокра, зелена трава, пожовкла тра­ва, сніг.

Вимірювання швидкості і напрямку вітру. Повіт­ряні маси в атмосфері весь час перебувають у русі, ство­рюючи вітер — рух потоку повітря в горизонтальному напрямку. Виникає він унаслідок нерівномірного роз­поділу температури і тиску на земній поверхні. Вітер характеризується швидкістю і напрямком, які більшою або меншою мірою коливаються. Ці коливання назива­ють поривчастістю вітру. При швидкостях 5—8 м/с ві­тер вважають помірним, понад 14 м/с — сильним; 20— ЗО м/с — штормом, понад ЗО м/с — ураганом; різке ко­роткочасне посилення вітру до 20 м/с — шквалом, пов­не безвітря — штилем.

Зміни швидкості й напрямку вітру фіксують за допо­могою метеорологічної станції М-49 (рис. 3.4) (наприк­лад, в лабораторії типу «ПОСТ»), спеціальних метеоро­логічних приладів (вітромірів, анемометрів, флюгерів,

1 — виносний датчик температури і вологості; 2 — датчики напрям­ку та швидкості вітру; 3 — блок живлення; 4 — покажчик метеоро­логічних параметрів.

Рис. 3.4. Основні вузли станції М-49

вимпелів та ін.). Найпростіше метеорологічні параметри вимірювати на станції М-49, яка дає змогу визначати та­кож температуру і вологість повітря.

Покажчик метеорологічних параметрів є настіль­ним приладом, на передній панелі якого розміщені: по­кажчик відносної вологості і напрямку вітру, покажчик швидкості вітру і температури; ручки управління (жив­лення (6 В, 220 В), швидкість вітру (и), установка нап­руги контролю, напрямок вітру (<р), вологість (%), кон­троль (К) температури (ТВ і ТН)).

Швидкість (м/с) і напрямок (градуси, румби) віт­ру вимірюють на початку, в середині і наприкінці терміну спостережень. Щоразу реєструють по десять значень показників приладу через 10 с, затративши на кожний відлік параметра, що вимірюється, 100 с. Потім визначається середнє значення відліку (10 ви­мірювань кожного відліку підсумовують і ділять на 10). Після цього підсумовують середні значення трьох відліків і ділять на 3. Отриманий паказник за­свідчує середню швидкість вітру і його середній нап­рямок у період проведення спостережень (тривалістю 20 хв.).

За відсутності вітру в журналі спостережень у графі «напрямок» пишуть «штиль», а «швидкість» — «0».

Швидкість вітру вимірюють вітроміром або руч­ним анемометром. їх та інші метеорологічні і пробо­відбірні прилади, пристрої закріплюють на тринозі на висоті 2 м від землі. Для визначення швидкості вітру анемометри включають на 10 хв. Початкові й кінцеві значення записують у журнал спостережень КЗА-1. Різницю відліків ділять на 600 і за графіком або таб­лицею, що додається до приладу, визначають швид­кість вітру з точністю до 0,1 м/с (при використанні таблиць така точність досягається за допомогою мето­ду інтерполяції). Напрямок вітру визначають протя­гом 2 хв. по 16 румбах — напрямках до точок видимо­го горизонту.

Результати вимірювань, отримані за допомогою станції М-49, вносять в журнал КЗА-1 з точністю щодо швидкості вітру 0,5 м/с, а щодо напрямку — 1°.

Вимірювання вологості і температури повітря. Вологість повітря (вміст в повітрі водяної пари) є важ­ливою характеристикою погоди і клімату. Її вимірю­ють гігрометрами і психрометрами, температуру — термометрами.

Вологість і температуру повітря визначають в ла­бораторіях типу «ПОСТ» з використанням метеостан­ції М-49. Для цього за 10 хв. до початку спостережень датчики температури і вологості за допомогою висув­ної штанги виводять з павільйону «ПОСТ» на від­стань 1,5 м (рукоятка штанги відводиться повністю). Для вимірювання температури перемикач перево­дять в положення «К» (контроль). За допомогою пе­ремикача стрілка амперметра плавно встановлюється на праву крайню риску шкали, потім перемикач пе­реводять в положення «ТН» або «ТВ» відповідно для плюсових або мінусових температур, що вимірюють­ся, і записують показники верхньої шкали з точністю до 0,5°С.

Для вимірювання вологості перемикач переводять в положення «%» (вологість). За показниками внут­рішньої шкали покажчика записують дані з точністю до 1 %.

Вимірювання вологості і температури в лабораторії типу «ПОСТ», яка обладнана станцією М-49, проводять тричі наприкінці спостережень. Суму трьох вимірю­вань ділять на три і вносять поправку на температуру, взяту з паспорту станції. Результати вимірювань запи­сують в журнал спостережень КЗА-1.

За відсутності станції М-49 або несправності блоку температури і вологості можна використати аспірацій- ний психрометр. Перед проведенням вимірювань його горизонтально підвішують на триногу на висоті 1,5 м від землі подалі від будь-яких поверхонь (стіна, дерево, ого­рожа і т. п.). Підготовлений до спостережень психрометр потрібно винести з приміщення взимку за ЗО хв., а вліт­ку — за 15 хв. до початку спостережень.

Вимірювання психрометром проводять протягом 20 хв. тричі: на 10-й, на 12-й і на 14-й хвилинах. За 4 хв. до першого вимірювання вмикають вентилятор психро­метра. Після першого вимірювання необхідно знову увімкнути вентилятор. Перед тим (взимку за ЗО хв., влітку за 4 хв. до початку спостережень) правий резер­вуар термометра, обгорнений батистом, змочують дис­тильованою водою. Для цього беруть гумову грушу з пі­петкою, заздалегідь наповнену дистильованою водою, легким її стисканням встановлюють рівень води в піпет­ці не вище ніж 1 см від її кінчика, і втримують його, закріпивши затискач на трубочці між піпеткою і гру­шею. Після цього кінчик піпетки вводять повністю у внутрішню трубку захисту правого термометра і змочу­ють батист у його резервуарі. Через деякий час знімають затискач і прибирають надлишки води з внутрішньої трубки. Після цього піпетку прибирають. До значень температури, які показані сухим (лівим) і змоченим (правим) термометрами, вносять поправки з доданого до кожного термометра перевірочного свідоцтва, знаходять середні значення і записують в книгу спостережень. За показниками сухого термометра визначають температу­ру повітря. За даними психрометричних таблиць розра­ховують значення абсолютної і відносної вологості по­вітря. Для визначення відносної вологості повітря за показниками психрометра можна використати психро­метричний графік, особливо якщо не потрібне значення абсолютної вологості. Під час спостережень узимку не­обхідно зважати на наявність на батисті переохолодже­ної води або льоду.

Для зміни батисту (не рідше одного разу на 10 діб) відкручують трубку захисту правого резервуара термо­метра, виймають металевий екран, знімають з резервуара термометра старий батист, обмивають резервуар термо­метра дистильованою водою. Змочують новий шмато­чок батисту і щільно, без складок, обгортають ним ре­зервуар термометра, але так, щоб вище резервуара було З—4 мм батисту, а подвійний його шар покривав не більше 1/4 поверхні резервуара. Батист прив’язують ниткою спочатку вгорі, а потім внизу. Знизу батист від­різають, щоб він спускався нижче резервуара термомет­ра не більше ніж на 2—3 мм.

Вимірювання атмосферного тиску. Вимірюють ат­мосферний гідростатичний тиск (тиск, що діє на предме­ти, які знаходяться в атмосфері, та на земну поверхню) за допомогою барометра в паскалях (Па). За нормальний атмосферний тиск прийнято 1013,25 гПа (760 мм рт.ст.). Приземний атмосферний тиск змінюється у просторі та у часі. Особливо сильні зміни спостерігаються при ви­никненні антициклонів — розвитку і руйнуванні по­вільно рухомих областей високого тиску і циклонів — відносно величезних вихорів зі зниженим тиском, що швидко переміщуються. Сезонні і добові зміни атмосфер­ного тиску пов’язані з добовими змінами температури.

Тиск атмосферного повітря на мережі спостере­жень і контролю забруднення атмосферного повітря вимірюють за допомогою спеціального барометра мо­делі МД-49-А. Для уникнення помилок внаслідок тер­тя перед кожним відліком по шкалі необхідно вмикати вібратор на 5—10 хв.; а внаслідок паралакса (видимої зміни положення предмета в результаті переміщення ока спостерігача) — відлік здійснювати в момент пов­ного поєднання в одній площині показника стрілки і його відображення на дзеркальній поверхні до кільця шкали. Точність відліку становить до ±270гІІа. У кож­ний вимір за барометром повинні бути введені додат­кові (шкалова і температурна) поправки з паспорта приладу.

Дані про тиск на момент спостережень можна отри­мати також на найближчій метеостанції.

Послідовність основних операцій, рекомендованих при відборі разових проб повітря, наведена у табл. 3.9.

Таблиця 3.9 Послідовність операцій при відборі разових проб повітря Послідовність операцій	Час, що планується, і строки, хв.
	До початку відбору проб, хв.	Під час відбору проб, хв.	Після відбору проб, хв.
1	2	3	4
Встановити штатив з необхідними приладами (для метеорологічних спостережень і відбору проб повітря поза лабораторією типу «ПОСТ»)	За 30—15
Витягнути штангу з приладами для визначення вологості і температури повітря за межі «ПОСТу»	За 10
Оцінити стан погоди і дати характеристику факела	За 5—10
Провести попереднє визначення швидкості і напрямку вітру	За 5

1	2	3	4
Вибрати насадку до труби; встановити фільтри, інші поглинальні прилади	За 1—5
Перевірити і ввімкнути пилососи, аспіратори	За 1
Провести відбір проб повітря		1—20
Виміряти температуру повітря перед аспіратором	За 1—2	На 10-й	Через 1—2
Провести вимірювання: швидкості і напрямку вітру вологості і температури по М-49 за психрометром тиску		На 1—2-й На 11-й На 18-й На 10-й На 12-й На 14-й На 18— 20-й На 5-й
Вимкнути пилосос і аспіратори Вимкнути поглинальні прилади, герметизувати їх, перекласти в ящик для транспортування в хімлабораторію Закрити штуцери гребінок заглушками Прибрати всі прилади і підготуватися до спостережень в наступний термін Оформити записи спостережень і заповнити книгу КЗА-1			На 1-й На 5-й На 2-й На 5—40-й На 40—70-й

Результати спостережень записують в робочий журнал гідрометеоспостерігача, в якому повинні фік­суватися всі відхилення від нормативних й інструк­тивних вимог (не вмикається підігрівання повітря в зимовий час, нестійка робота ротаметра (сильно трем­тить поплавок) та ін.). Про несправності повідомля­ють керівництво, але до їх усунення записи ведуть при кожному спостереженні. У робочому журналі гідроме­теоспостерігача перед кожним новим спостереженням роблять відмітки «відвезені» або «не відвезені» щодо поглинаючих приладів (в лабораторію для хімічного аналізу).

Записи в робочих журналах гідрометеоспостерігача дають змогу підвищити ефективність контролювання якості результатів спостережень стану атмосферного повітря через відбраковування сумнівних результатів з низки даних; сприяють підвищенню відповідальності служб експлуатації і ремонту обладнання, наявного на постах спостережень.

Автоматизовані системи спостереження і контролю за атмосферним повітрям

Автоматизовані системи спостереження і контролю атмосферного повітря (АСКНС-АГ) або (АНКОС-АГ) призначені для постійного контролю за змінними у часі та просторі характеристиками забруднення і метеороло­гічними параметрами повітряного простору. Залежно від характеру та об’єму робіт їх поділяють на такі типи:

1. промислові системи. Вони контролюють викиди промислових підприємств, ступінь забруднення про­мислових майданчиків і прилеглих до них територій. Оснащені датчиками для фіксування характерних ін­гредієнтів викидів підприємств, а також метеодатчика- ми, які розміщують з урахуванням шкідливості вики­дів, рози вітрів, особливостей розміщення житлових масивів. За звичай, такі системи функціонують у струк­турі підприємств;

2. міські системи. їх призначено для контролювання рівня забруднення повітря міста викидами підпри­ємств, транспорту, для вимірювання метеопараметрів. Завдяки їх функціонуванню встановлюють розмір за­бруднення територій з урахуванням сезону року і кліма­тичних факторів, параметри і частку кожного джерела забруднення, прогнозують небезпечність ситуації. Си­стеми формуються з двох рівнів. На І рівні здійснюють вимірювання концентрацій забруднюючих речовин і де­яких метеопараметрів, перетворення виміряних зна­чень фізичних величин, реєстрацію цих значень на ма­шинних носіях, формування повідомлень і збереження інформації. На цьому рівні типові автоматичні станції визначають основні забруднювачі: СО — оксид вуглецю (О — 160 мг/м³); в0₂ — діоксиду сірки (0 — 5 мг/м³); N02, N0 та суму оксидів азоту (0 — 7,5 мг/м³); суму вуг­леводнів за винятком метану (0 — 45 мг/м³); 0₃ — озон (0 — 0,15 мг/м³); метеопараметри: швидкість, напрямок вітру, температуру повітря. Завершується перший рівень передачею даних в центр обробки інформації.

На II рівень інформація надходить від пересувних постів, стаціонарних газоаналітичних лабораторій. На цьому рівні обробляють результати, прогнозують небез­печні ситуації, розраховують необхідні результати і пе­редають споживачам.

Міська система автоматичного спостереження і центр оброблення даних забезпечують систематичне вимірю­вання заданих параметрів, автоматичний збір інформа­ції з автоматизованих станцій, збирання інформації від неавтоматизованих ланок спостереження, оперативне оцінювання ситуації, короткостроковий прогноз.

Аналіз даних про концентрацію домішок триває не менше 20—ЗО хв., що відповідає терміну відбору проб в поглинальні прилади. Видавання автоматизованою сис­темою інформації може тривати від кількох хвилин до кількох годин.

У міську систему включені промислові автоматизо­вані підсистеми;

3. регіональні системи. Переважно вони не мають своїх контрольно-замірювальних станцій, а отримують інформацію з міських і промислових систем. Призначе­ні для статистичної обробки і аналізу даних про забруд­нення навколишнього природного середовища на знач­них територіях, на базі яких проводять дослідження та прогнозування, розробляють науково обґрунтовані ре­комендації щодо його охорони;

4. загальнодержавні системи. Вони отримують відо­мості про забруднення та стан атмосферного повітря від регіональних систем, супутників Землі та космічних орбітальних станцій;

5. глобальні системи. їх використовують для дослі­джень атмосферних змін на основі міжнародних спосте­режень.

Автоматизовані системи спостереження і контролю­вання атмосферного повітря різних типів обов’язково оснащені автоматичними системами відбору проб та приладами автоматичного визначення забруднюючих речовин (газоаналізаторами).

Газоаналізатори та їх характеристика. На стаці­онарних пунктах спостереження за забрудненням атмо­сферного повітря (ПСЗ) найчастіше використовують га­зоаналізатори (прилади для визначення якісного та кількісного складу газової суміші), які дають змогу в автоматичному режимі визначати і записувати на діа­грамну стрічку концентрації певних речовин протягом доби. Найчастіше використосовують газоаналізатори різних типів для визначення діоксиду сірки, оксиду вуглецю, оксидів азоту, вуглеводнів і озону.

Газоаналізатор ГКП-1. Автоматичний кулонополя- рографічний газоаналізатор ГКП-1 Призначений для виявлення в повітрі концентрації діоксиду сірки. Ос­новним його елементом є датчик, що містить такі вузли:

• систему забору й очищення повітря від пилу (забір­ний пристрій на корпусі датчика, протипиловий фільтр ФГ-6 на каретці, дві з’єднувальні фторопластові трубки);

• е

  

  1 — вхідний штуцер; 2 — електроди; 3 — штуцер для виходу повітря; 4 — відвід для зливу кислоти; 5 — порівнювальні електроди; 6 — задня стінка чарунки; 7 — верхня мітка рівня кислоти; 8 — камера для запас­ного електроліту; 9 — вертикальний канал для заливання кислоти (3 % або 5 % водний розчин Н₂30₄) та засипання електродної суміші (піро- люзит с вугіллям); 10 — канал для засипання йоду (фракція 2—3 мм).

  Рис. 3.5. Електрохімічна чарунка кулонополярографічного газоаналізатора

  лектрохімічну чарунку з оргскла (рис. 3.5);систему підтримки постійної витрати ((50±4) л/год або (0,83±0,07) л/хв.), що забезпечує прокачування по­вітря через електрохімічну чарунку;

• систему термостатування, що забезпечує підтрим­ку всередині датчика постійної температури 18—20°С при роботі в зимових умовах.

Перед початком роботи необхідно перевірити справ­ність газоаналізатора. Після увімкнення його в мережу перемикач шкал встановлюють на діапазоні 0—10 мг/м³. При цьому можливі дві неробочі ситуації: зашкалювання стрілки потенціометра ліворуч, праворуч або встанов­лення на значеннях, близьких до крайніх праворуч (20—ЗО поділок). При зашкалюванні стрілки ліворуч необхідно поміняти місцями проводи робочого сигналу на затискачах чарунки, праворуч (датчик недавно за­правлений реактивами) — залишити працювати прилад на 24—36 год., встановивши перемикач в положення «КЗ». Потім слід перевірити значення витрат повітря, фонового струму, герметичність датчика, достовірність значень газоаналізатора, систему термостатування (у зимовий період).

При перевірці обсягу витрати повітря і герметичнос­ті датчика користуються заздалегідь відкаліброваним ротаметром, який під’єднують до вхідного штуцера на верхній кришці датчика. Якщо витрата нижче за нор­му, ротаметр приєднують до вихідного штуцера чарун­ки. Нормативна витрата повітря на вихідному штуцері і занижена на вхідному свідчать про порушення герметич­ності внаслідок неповного з’єднання каретки і корпусу датчика. Якщо на вихідному штуцері також виявлено за­нижену витрату повітря, потрібно приєднати ротаметр до вихідного штуцера тонкого очищення, від’єднавши по­вітровід. Нормативна витрата повітря свідчить про не- герметичність системи «електрохімічна чарунка — фільтр грубого очищення», зумовлену посиленням опо­ру чарунки внаслідок забруднення отвору вимірюваль­ного електрода або фільтра грубого очищення при від­працюванні латунної стружки й осаду солі на ній. Ці де­фекти можна усунути, промивши електрод етиловим спиртом і дистильованою водою та перезарядивши фільтр грубого очищення. Якщо витрата повітря виявилася за­ниженою і на вході фільтра тонкого очищення, слід пе­ревірити, чи не забитий фільтр, чи немає тріщин в кор­пусі та ін. Не встановивши причин візуально, витрату

повітря регулюють за допомогою регулювального гвин­та «Р» на корпусі СРГ-5.

Контроль «нуля» приладу (значення фонового стру­му) є важливим елементом експлуатації ГКП-1. Фоновий струм справного приладу по шкалі 0—1 мг/м³ повинен перебувати в інтервалі 3—ЗО поділок. При перевищенні ЗО поділок (електрохімічна чарунка сильно забруднена) чарунку промивають і перезаряджають. Потім знов встановлюють «нуль».

Іноді внаслідок тривалої і безперервної роботи ГКП-1 чутливість електрохімічної чарунки погіршується, внаслідок чого занижуються значення концентрації ді- оксиду сірки в атмосферному повітрі. У цьому разі для перевірки справності приладу використовують дозатор діоксиду сірки (рис. 3.6), порівнюючи покази газоаналі­затора ГКП-1 з показами контрольного приладу або з ре­зультатами хімічного аналізу.

П

1 — дифузійна чарунка (пробірка діаметром 20—30 мм, довжиною 100—200 мм, заповнена еквімолекулярною сумішшю кристалічних сульфіту натрію й щавлевої кислоти або насиченим водним розчи­ном діоксиду сірки); 2 — дозатор — вихідний скляний капіляр, що вводять у трійник під час подачі діоксиду сірки при перевірці прила­ду (дозатор забезпечує витрату повітря 5 мл/хв.); З — термостат; 4 — термометр; 5 — джерело стиснутого повітря (камера гумова); 6 — ручний насос; 7 — фільтр; 8 — газозмішуюча лінія; 9 — з’єднуваль­на трубка; 10 — заглушка, що встановлюється замість дозатора 2 після перевірки приладу.

10

З

1

Рис. 3.6. Дозатор діоксиду сірки

ідключивши за допомогою з’єднувальної трубки 9 дозатор до датчика ГКП-1, визначають «нуль» приладу.Спочатку це роблять при закритому заглушкою відводі трійника, а потім замість заглушки в газозмішувач вво­дять вихідний капіляр дозатора і через 15—20 хв. вста­новлюють покази. Абсолютне значення концентрації визначають шляхом обчислення нуля. Дозатор поперед­ньо градуюють або контрольним приладом, або хіміч­ним методом.

Для градуювання дозатора хімічним методом (тур- бодиметричним) готують 5—7 пробірок з 5 мл погли- нального розчину (пероксид водню або хлорат калію) в кожній. Капіляр від дозатора занурюють до самого дна в пробірку на 30—50 хв. У пробірку набирають 25—30 мкг діоксиду сірки. Відібрані проби аналізують і розрахову­ють середнє значення оптичної щільності. Розбіжність отриманих значень концентрації в 5—7 пробірках не повинна перевищувати ±15 %. За градуйованим графі­ком знаходять середню кількість діоксиду сірки в пробі (мкг) і визначають концентрацію в мкг/л або мг/м³ за формулою:

С = у/(0,83-*), (3.2)

де у — кількість газу, мкг; £ —' час відбору проби, хв.;

0. 83 л/хв. — витрата повітря газоаналізатором.

Покази газоаналізатора, що перевіряється, не повинні бути нижчі від отриманих хімічним методом, в іншому разі електрохімічну чарунку необхідно перезарядити. Пе­ред перевіркою дозатор повинен бути увімкнений і працю­вати не менше 5—6 год. за безперервного пропуску повіт­ря, тобто в холостому режимі відповідно до регламенту.

При експлуатації газоаналізатора ГКП-1 необхідно своєчасно проводити профілактичні роботи. Для цього кожні 2—3 дні оглядають його ззовні, контролюють ну­льову лінію, корегують час просування стрічки. Один раз на тиждень дозаправляють чарунки електролітом, досипають суміш пиролюзита з вугіллям, перевіряють витрати повітря і правильність показників. Щомісяця, а влітку двічі на місяць, здійснюють:

• промивання допоміжних електродів і засилання свіжої суміші. Йод засипають маленькими порціями че­рез спеціальний канал доти, поки його шар не торкнеть­ся нижньої поверхні електрода, а дистильовану воду до­ливають в камеру із запасним електродом до верхньої помітки. Оскільки після цього фоновий струм може зрости, перевіряють нульове значення приладу. Якщо во­но більше 20 малих поділок шкали «0—1», прилад вмика­ють вхолосту на кілька годин до зменшення нульового значення (перемикач поставити в положення «КЗ»). Піс­ля установки постійної нульової лінії необхідно перевіри­ти чутливість чарунки за допомогою дозатора;

• повне перезарядження чарунки і перевірка її фо­нового струму, перезарядження фільтра грубого очи­щення, профілактичний ремонт потенціометра.

Крім того, один раз у квартал перезаряджають фільтр тонкого очищення і промивають зовнішні і внутрішні за­бірні лінії розчином будь-якого синтетичного миючого засобу, гарячою водою, спиртом, холодною водою.

Концентрації діоксиду сірки, що вимірюють за до­помогою ГКП-1, записують на стандартній спеціаль­ній стрічці самописця. Для діапазону вимірювань 0— 10 мг/м³ ціна поділки на стрічці дорівнює 0,01 мг/м³, для діапазону 10—100 мг/м — 0,1 мг/м³.

Для того щоб обробити стрічку самописця, її треба відрізати. На ній повинні бути зафіксовані: наймену­вання міста, номер поста спостережень, рік, місяць, число. Ці дані записуються у сітки, які вказують поча­ток доби, між ординатами в 24 або 01 год. Операції по обробці стрічки самописця і форма заповнення журналу аналогічні до таких процедур для ГМК-3.

Метрологічне обслуговування ГКП-1 здійснюється відповідно до вимог «Тимчасової інструкції по організа­ції обслуговування газоаналізатора ГКП-1 на мережі спостережень Держкомгідромету».

Газоаналізатор 667ФФ. Автоматичний газоаналіза­тор 667ФФ призначений для забезпечення інструмен­тального контролю за концентрацією діоксиду сірки. Принципом його роботи є флюоресцентний метод, суть якого полягає в реєстрації флюоресцентного випроміню­вання молекул діоксиду сірки, яке виникає під дією ульт­рафіолетового випромінювання. Збудження молекул ді­оксиду сірки відбувається в спектральній області 220— 240 нм, яка виділяється за допомогою первинного світло­фільтра із спектра випромінювання імпульсної ксеноно­вої лампи ІСК 20-1. У спектральній області 220—240 нм молекули води й оксидів азоту не впливають на флюорес- ценцію. Процес збудження описується формулою:

80₂+Ну₁> Б0₂*, (3.3)

де Л — постійна Планка, — частота коливань збуджую­чого випромінювання.

Збуджена молекула переходить в основний стан піс­ля випромінювання кванта світла:

S0₂*> S0₂+ftv₂, (3.4.)

де v₂ — частота коливань випромінювання при флюо- ресценцїї в діапазоні довжини хвиль 200—400 нм. Ін­тенсивність випромінювання пропорційна концентрації діоксиду сірки.

Реєструють флюоресцентне випромінювання моле­кул діоксиду сірки за допомогою фотоелектронного помножувача (ФЕД) у спектральній області 260— 370 нм, що виділяється повторним світлофільтром. Для зменшення впливу засвічування ФЕД збуджуючим ви­промінюванням, а отже, зменшення адитивної похибки реєстрація флюоресценції здійснюється під кутом 90° до напрямку збуджуючого випромінювання. Повну ком­пенсацію фонового випромінювання ФЕД забезпечує циклічний режим роботи газоаналізатора. Періодично (через ЗО с) підпалюють лампи ІСК 20—1. При відсут­ності підпалу реєструють тільки фоновий сигнал, який виникає за рахунок темнового струму ФЕД; під час під­палу реєструють фоновий сигнал ФЕД плюс сигнал флюоресценції. Різниця сигналів дає інформацію, віль­ну від похибки, яка може бути спричинена темновим струмом ФЕД.

Градуюють газоаналізатор за допомогою вбудовано­го мікродозатора на основі термостатної ампули з рід­ким діоксидом сірки (градуйований газ) і атмосферного повітря, очищеного від діоксиду сірки за допомогою спеціального фільтра (нульовий газ).

Допоміжним, але необхідним, вузлом газоаналізато­ра є осушувач газової проби. Волога, що знаходиться в повітрі, спричиняє часткове гасіння флюоресценції, що зумовлює зниження чутливості приладу, а отже, збіль­шення основної приведеної похибки. Осушення газової суміші відбувається в дифузійному осушувачі.

Для забезпечення функціонування дифузійного осу- шувача і створення необхідної витрати проби, що про­ходить через реакційну камеру, в газових трактах бло­ку аналізу розрідження становить до 400 гПа. Постійне розрідження підтримують за допомогою регулювальни­ка тиску.

Газоаналізатор 667ФФ01 вимірює масову концен­трацію діоксиду сірки в діапазонах: 0—0,5; 0—1,5;

• 5,0 мг/м³ (допустима основна похибка приладу не перевищує ±20 %).

Вимоги до експлуатації газоаналізатора й обробки ре­зультатів вимірювань викладені в «Методичних вказів­ках експлуатації автоматичних газоаналізаторів діоксиду сірки на мережі Держкомгідромету РД 52.04—138—87».

Г

Рис. 3.7. Принципова схема оптико-акустичного газоаналізатора

1 — джерело випроміню­вання; 2 — порівнювальна кювета; 3 — кювета з газо­вою сумішшю, що аналізу­ється; 4 — оптико-акустич- ний приймач; 5 — мікро­фон; 6 — обтюратор.

Оптико-акустичний метод вимірювання оксиду вуг­лецю ґрунтується на фізичному принципі поглинання випромінювання інфрачервоного діапазону хвиль з цен­тром смуги поглинання 4,7 мкм приймачем—замк­нутою камерою, заповненою сумішшю оксиду вуглецю з аргоном. При поглинанні випромінювання оксиду вуг­лецю в приймачі виникають пульсації температури і тиску, які сприймаються мікрофоном і перетворюються на електричні сигнали. Пульсації тиску виникають внаслідок модуляції випромінювання механічним об-

азоаналізатор ГМК-3. Автоматичний оптико- акустичний газоаналізатор ГМК-3 (рис.3.7) призначений для визначення в повітрі концентрації оксиду вуглецю.

тюратором. При цьому амплітуда коливань пропорцій­на вмісту оксиду вуглецю в газовій суміші, що аналізу­ється.

Коефіцієнт поглинання є визначається за формулою:

є = є₀-(Р/Р₀ПТ₀/ТУ, (3.1)

де Р і Т — тиск і температура; тп, п — коефіцієнти, що залежать від умов вимірювання і газу, що аналізується; Т₀, Р₀ і £₀ — температура, тиск і коефіцієнт поглинання за нормальних умов.

Оскільки коефіцієнт поглинання залежить від тиску і температури, то для зменшення ймовірності помилок, зумовлених впливом температури, внутрішній об’єм га­зоаналізатора термостатують. На результати вимірю­вань впливають також діоксид вуглецю (вуглекислий газ) і пари води, оскільки їх спектри поглинання пере­кривають спектри поглинання оксиду вуглецю. З газо­вої суміші вологу видаляють за допомогою пристрою підготовки проб (рис. 3.8).

1 — скляний резервуар ємністю 100—150 мл з ангідроном; 2 — скля­ний резервуар ємністю 200—300 мл (для дискретних проб) або 2000—3000 мл (для безперервної реєстрації) з силікагелем, насиче­ним хлористим кобальтом.

Рис. 3.8. Пристрій підготовки проб

Перед початком вимірювань необхідно встановити системи осушування повітря, що досліджується, і виста­вити нульові значення; перевірити вплив пристроїв під­готовки проб і каталізатора на покази газоаналізатора.

Для отримання нульової газової суміші замість про­дування азотом іноді використовують фільтруючі ко­робки від спеціальних протигазів (типу «СО» або «М»), заповнені гопкалитом (гопкалитові патрони), які вста­новлюють між фільтрами 1 і 2 на період перевірки ну­льового значення. Підключають пристрої підготовки проб і гопкалитові патрони за допомогою поліхлорвіні- лової трубки (якомога коротшої).

Необхідною процедурою є перевірка герметичності газових систем. Для цього вихід системи, що перевіря­ється, закривають заглушкою, до входу підключають манометр і балон з азотом. У системі створюють тиск приблизно 29,4 кПа. Якщо протягом ЗО хв. перепад тис­ку не перевищує 0,49 кПа, то система герметична, в ін­шому разі вона вважається не герметичною. За таких обставин необхідно знайти за допомогою мильного роз­чину місця витоку газу й усунути розгерметизацію сти­ків системи.

Для перевірки впливу пристроїв підготовки і каталі­затора на покази газоаналізатора слід після прогрівання подати на його вхідний отвір нульову суміш і встановити на реєструючому приладі нульове значення; за наявності каталізатора перекрити порівняльну кювету, подати на вхід газоаналізатора контрольну суміш оксиду вуглецю (за ТУ 6—21—31—78) з балона і зняти покази АГ_1? відтак відкрити порівняльну кювету і через 5 хв. зняти покази Ы₂- Якщо різниця цих показів (Л^-Л^) перевищує поло­вину межі основної похибки газоаналізатора (±2 мг/м³), слід провести регламентні роботи з каталізатором.

З метою контролювання впливу повітрозаборного тракту на покази газоаналізатора необхідно подати по­чергово контрольну суміш з оксидом вуглецю з балона на вхід газоаналізатора і на вхід повітрозаборного трак­ту з пристроєм пробопідготовки. Якщо різниця показів перевищує половину межі допустимої основної приведе­ної похибки газоаналізатора, промивають газовий тракт, перевіряють герметизацію системи або вдаються до інших заходів щодо зниження різниці показів (Л^-ІУ₂).

Для визначення нестабільності напруги джерела живлення (220 В) протягом тижня по три рази на добу (всього 21 вимірювання) за допомогою вольтметра вимі­рюють рівень напруги в мережі. Якщо її зміни переви­щують встановлені значення (220±22/ЗЗВ), то необхід­но встановити стабілізатор напруги.

Газоаналізатор ГМК-3 можна використовувати для аналізування дискретних (разових) проб повітря і для безперервної реєстрації рівня забруднення атмосферно­го повітря оксидом вуглецю (діапазон його вимірюваних концентрацій: 0—40 мг/м³(±10%); 0—80 мг/м³ (±5%)) в районі розташування лабораторії «ПОСТ», за умови, що температура навколишнього середовища для датчика приладу становить 10—35°С, вміст вологи в аналізовано­му повітрі — 1 г/м³, вміст механічних домішок — 1 г/м³.

Аналізують дискретні проби повітря у такій послі­довності:

1. приєднання до робочої кювети пристрою пробо- підготовки, перекриття (з метою зменшення об’єму про­би) порівняльної кювети;

2. продування газоаналізатора азотом (з балона) або повітрям (через пристрій) з метою отримання нульової газової суміші;

3. встановлення за допомогою ручки «Встановлен­ня нуля» стрілки реєструючого приладу на поділку 1—2 мг/м³. Це значення приймають за нульове;

4. приєднання пробовідбірника з пробою, що аналі­зується (наприклад, з камерою, яка містить приблизно 1,5 л повітря, що аналізується);

5. пропущення аналізованої газової суміші протягом З—4 хв. через газоаналізатор, проведення вимірювання;

6. від’єднання пробовідбірника, продування робочої кювети азотом (з балона) або повітрям, заздалегідь пропу­щеним через пристрій отримання нульової газової суміші;

7. підключення наступного пробовідбірника після повернення стрілки вимірювального приладу у вихідне нульове положення;

8. фіксування номера проби, місця (номер поста), да­ти і часу її відбору, концентрації оксиду вуглецю в про­бі на діаграмній стрічці (праворуч від лінії виміряної концентрації);

9. розрахування концентрації домішки множенням ціни поділки шкали на кількість поділок. Результат за­округлюють до десятих мг/м³ і записують на стрічці са­мописця. Ціну поділки визначають за даними останньо­го калібрування приладу. Наприклад, при продуванні газоаналізатора перевірювальною газовою сумішшю концентрацією 37 мг/м³ відхилення пера самописця становило 90 поділок. Звідси ціна поділки становить: 37: 90=0,41 мг/м³.

Під час аналізу дискретних проб атмосферного по­вітря необхідно дотримуватися таких рекомендацій:

• вимикати збудник витрати при продуванні робо­чої кювети азотом;

• продувати порівняльну кювету азотом перед по­чатком вимірювань (але не рідше одного разу на добу);

• якщо наступні вимірювання планується провести раніше ніж через 24 год., після аналізу проб повітря не вимикати прилад з мережі, оскільки час його нагріван­ня перед аналізом становить не менше 3 год.;

• замкнути вихід системи із входом пристрою про- бопідготовки, а стрічкопротяжний механізм вимкнути, якщо прилад залишився увімкнутим.

За безперервної роботи газоаналізатора (найефек­тивніший і найдоцільніший режим) на його діаграмній стрічці записують назву газу, що вимірюється, вказують номер поста, його місцезнаходження, тип і заводський номер приладу, швидкість протягування стрічки, дату і час встановлення стрічки. Під час регламентних робіт на стрічці самописця роблять відмітки про їх початок і за­кінчення, записують дані перевірки і настройки нульо­вого значення і чутливості, зауваження до роботи при­ладу. Ці дані дублюють у журналі спостережень, в який заносять також відомості про перелік виконаних при відвідуванні поста робіт.

Обробляють результати безперервної реєстрації концентрації оксиду вуглецю на стаціонарних постах у такій послідовністі: проведення лінії нуля; розмітка часу; визначення концентрацій, усереднених за 20 хв.; визначення максимального значення концентрації; визначення часу існування концентрацій вище за 1,5 і

10. ГДК.

При проведенні лінії нуля з’єднують дві найближчі нульові помітки. Якщо лінія концентрації перетина­ється з лінією нуля, то покази, які лежать нижче лінії нуля, вибраковують. При обробленні стрічок потрібно відняти нульові значення. Якщо відмітки часу збіга­ються з відмітками на стрічці, кожний часовий інтер­вал буде відповідати відстані на стрічці в сантиметрах після розподілу добового запису на стрічці на 24 части­ни. Середні значення концентрації оксиду вуглецю (за 20 хв.) обчислюють як середнє арифметичне з ті даних. Максимальне значення концентрації оксиду вуглецю вибирають з 20-хвилинних інтервалів, записують на стрічці і підкреслюють червоним олівцем.

Усі значення концентрації відмічають на діаграмній стрічці з точністю до 1 мг/м³ у середині інтервалу, до якого вони належать. Визначають інтервал часу з кон­центрацією оксиду вуглецю, вищою ГДК, за піками, які перетинають лінію відповідного значення ГДК. Для цього до піків прикладається палетка з прозорої плів­ки. Час перевищення рівня ГДК визначають з точністю до 5 хв. Якщо таких випадків кілька, їх підсумовують за кожним п’ятихвилинним інтервалом (1,5 і 10 ГДК) за добу, дані записують на діаграмній стрічці. Палетку прикладають до діаграмної стрічки так, щоб верти­кальні лінії 0, 1, 2, 3 збігалися з часовими поділками, а осьова лінія поділяла площу під кривою на дві рівні частини.

Газоаналізатор 645-ХЛ. Автоматичний хемілюмі­несцентний газоаналізатор 645-ХЛ всіх модифікацій призначений для інструментального контролю оксиду азоту N0, діоксиду азоту Ы0₂ і суми оксидів азоту N0*.

Метод ґрунтується на вимірюванні кількості виділе­ного світла в хімічній реакції фотографічним методом. Використовують реакцію озону з оксидом азоту, внаслі­док якої утворюється діоксид азоту в збудженому стані:

N0 + О3 > ЛГО2* + 0₂.

Необхідний для перебігу цієї реакції озон виникає в генераторі озону газоаналізатора внаслідок реакції кис­ню, очищеного від пилу, і вологи атмосферного повітря при високовольтному розряді. Із збудженого діоксид азоту переходить в основний стан з віддачею енергії інф­рачервоного випромінювання, яке знаходиться в облас­ті спектра 620—2500 нм з максимумом при 1200 нм:

Ж>₂* > Ж>₂ + к V.

Приймачем випромінювання є фотоелектронний помножувач ФЕД. Інтенсивність випромінювання про­порційна кількості взаємодіючих молекул, тобто кон­центрації оксиду азоту.

Першим етапом визначення концентрації діокси­ду азоту в суміші, що аналізують, є відновлення діоксиду азоту до оксиду азоту в спеціальному конверторі газо­аналізатора на каталізаторі, нагрітому до 200°С. У цьо­му режимі роботи конвертора вимірюється випроміню­вання сумарної концентрації оксидів азоту (N0 + ЛЮ₂). Потім концентрація діоксиду азоту визначається за різ­ницею електричних сигналів:

(N0 + ЛГ0₂) -NO> NО₂.Отже, газоаналізатор 645-ХЛ дає змогу трьома кана­лами вимірювати концентрації оксиду азоту, діоксиду азоту та суми оксиду і діоксиду азоту. З метою підви­щення його чутливості в реакційній камері створюється оптимальне розрідження (600—800гПа).

Газоаналізатори 645-ХЛ можуть працювати в складі автоматичних станцій контролю забруднення атмо­сферного повітря, в автономному режимі у лабораторі­ях типу «ПОСТ» та інших лабораторних приміщеннях. При виконанні вимірювань температура навколишньо­го середовища повинна бути 10—35°С. Різкі зміни тем­ператури, що зумовлюють конденсацію вологи, недо­пустимі. Для уникнення коливань напруги в мережі живлення необхідно встановити стабілізатор СИ-500М АЕЗ. 232.002 ТУ.

Установлення й експлуатація газоаналізатора 645-ХЛ повинні відбуватися згідно з вимогами «Технічного опису й інструкції по експлуатації Ра 2.840.138 ТО» і методичних вказівок «Експлуатація автоматичних га­зоаналізаторів оксидів азоту на мережі Держкомгідро- метуРД 52.04-141 87».

Обробляють стрічку газоаналізатора відповідно до загальних вимог.

Газоаналізатор 623НН. Автоматичний газоаналіза­тор 623НН призначений для забезпечення інструмен­тального контролювання суми вуглеводнів. Його робота ґрунтується на полуменево-йонізаційному методі. Кон­центрацію вуглецю в повітрі визначають за зміною струму полуменево-йонізаційного детектора (ПІД), який збільшується при введенні в полум’я водню орга­нічних речовин. Високоомний вимірювальний перетво­рювач перетворює струм іонізації на вихідну напругу.

Газоаналізатор зроблений за двоканальною схемою: потік атмосферного повітря, що аналізується, ділиться на дві однакові частини. На один ПІД, де реєструється загальна сума вуглеводнів, повітря надходить без змін. Інша частина потоку проходить через пристрій розді­лення вуглеводнів, де відбувається відокремлення мета­ну від інших вуглеводнів. Другий ПІД реєструє тільки метан. Значення концентрації суми вуглеводнів за ви­рахуванням метану є різницею електричних сигналів з обох датчиків.

Вимоги до експлуатації газоаналізатора й обробки ре­зультатів вимірювань викладені в методичних вказівках

«Експлуатація автоматичних газоаналізаторів вуглевод­нів на мережі Держкомгідромету. РД 52.04-139 — 87».

Отже, методи відбору проб повітря, їх аналізу в хі­мічній лабораторії, без сумніву, важливі і необхідні для ефективного функціонування системи спостережень за забрудненням атмосферного повітря. Однак при отри­манні інформації про стан забруднення атмосферного повітря цілодобово ефективніше застосовувати газоана­лізатори, які вимірюють в автоматичному режимі кон­центрації певних забруднюючих речовин, фіксують їх максимальні й мінімальні значення, формують базу да­них про місячне, квартальне, річне забруднення атмо­сферного повітря, що є основою для оцінювання і прог­нозування стану приземного шару повітря.

5. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень

Систематизація, опрацювання і узагальнення ре­зультатів спостережень дає змогу визначити статистич­ні характеристики забруднення атмосфери, за допомо­гою яких виявляють динамічні зміни в забрудненні ат­мосфери певною речовиною. До таких характеристик належать:

1. С ереднє арифметичне значення концентрації до­мішки (забруднюючої речовини) — середньодобові, середньомісячні, середньорічні, середні багаторічні концентрації забруднюючих речовин (д_;), обчислені за сумарними даними стаціонарних, пересувних, підфа- кельних постів спостережень. Цей показник визнача­ють за формулою:

П

Чс ⁼ Е Яі / ^п’ мг/м³, (3.5)

;=і

де п — кількість разових концентрацій, які були визна­чені за відповідний період.

2. Середнє квадратичне відхилення результатів ви­мірювань від середнього арифметичного: середньоріч­них концентрацій на постах від середньорічної і серед­

3. ньої багаторічної концентрації по місту; разових кон­центрацій від середньорічної концентрації по місту (ра­йону); середньорічних концентрацій для міста від серед­ньорічної концентрації для групи міст; максимальних концентрацій домішки для міста за рік від середньої з максимальних концентрацій домішки за рік; разових (середньодобових) концентрацій від середньомісячної та середньорічної, середньомісячної — від середньорічної та середньої багаторічної; середньорічної — від серед­ньої багаторічної:

О і = /(«-І), мг/м³. (3.6)

4. К оефіцієнт варіації вказує на ступінь змінності концентрації домішки (забруднюючої речовини) і об­числюється за формулою:

V=a/q, (3.7)

де q — середня концентрація.

5. М аксимальне значення концентрації домішки об­числюють, вибираючи максимальну концентрацію (найбільше значення) домішки з разових, середньомі­сячних, середньодобових, середньорічних концентрацій з невеликої кількості спостережень, а також максималь­ну з разових концентрацій за даними підфакельних спостережень та обчислюють середню з максимальних концентрацій за рік по групі міст за формулою:

<³-⁸⁾

де L — кількість міст, що розглядаються.

6. М аксимальну концентрацію домішки із заданою ві­рогідністю її перевищення визначають з припущення лога­рифмічно нормального розподілення концентрацій домі­шок в атмосфері для заданої вірогідності її перевищення:

q_M^P = gexp zjln(l + V²) / yjl + V², (3.9)

де q — середня концентрація; при Р—0,1 %, z=3,08; Р = 1 %, 2 = 2,33; Р = 5 %, г = 1,65.

7. Індекси забруднення атмосфери (ІЗА) кількісно характеризують рівень забруднення атмосфери окре­

8. мою домішкою, що враховує різницю в швидкості зрос­тання ступеня шкідливості речовин, приведеного до сту­пеня шкідливості діоксиду сірки, зі зростанням переви­щення ГДК:

І _і = (д_і:ГДК_і)% . (3.10)

де С₍ — константа, що набуває значеннь 1,7; 1,3; 1,0; 0,9, відповідно, для 1, 2, 3 та 4-го класів небезпечності речо­вин і дає змогу привести ступінь шкідливості і-тої ре­човини до ступеня шкідливості діоксиду сірки.

9. К омплексний індекс забруднення атмосфери міста (КІЗА) є кількісною характеристикою рівня забрудне­ності атмосфери, що створюється п-речовинами, які присутні в атмосфері міста (чи району міста):

П

і_п='Е^іі’ (злі)

<=і

де я — кількість домішок, що розглядаються (може включати всі забруднюючі речовини, що присутні в ат­мосфері міста, або тільки пріоритетні речовини, які визначають її стан). Його широко використовують для порівняння ступеня забруднення атмосфери в містах та регіонах.

Для оцінювання змін стану атмосферного повітря отримані середні концентрації забруднюючих речовин порівнюють з фоновими концентраціями.

Фонова концентрація — статистично вірогідна максимальна кон­центрація (Сф, мг/м³), яка характеризує забруднення атмосфери.

Її визначають як значення концентрації, перевище­не не більше ніж у 5 % випадків від загальної кількості спостережень. Фонова концентрація характеризує утво­рену всіма джерелами, розташованими на даній терито­рії, сумарну концентрацію. За відсутності необхідних даних спостережень фонова концентрація може бути об­числена. Визначення С_ф для кожного поста спостере­жень здійснюють за даними, отриманими протягом пе­ріоду від 2 до 5 років. З метою підвищення вірогідності розрахунку С_ф необхідно вибрати такий період спосте­режень, протягом якого суттєво не змінювався характер забудови в районі поста спостережень, характеристики промислових викидів у радіусі 5 км від поста, розташу­вання самого поста, а відбір та аналіз проб здійснювалися за однаковими методиками. При цьому кількість спо­

стережень повинна бути не меншою 200 на рік щодо кожної речовини, а загальна їх кількість за певний пе­ріод — не менше 800.

Для визначення С_ф можуть бути використані дані стаціонарних і підфакельних постів спостережень. В ре­зультаті обробки даних для кожного поста з усіх резуль­татів спостережень знаходять значення С_фі, де і = 0; 1; 2; 3; 4, які відповідають різним градаціям напрямку та швидкості вітру и) (табл. 3.10).

Таблиця 3.10 Значення і в залежності від швидкості та напрямку вітру а	Румби	Будь-який	Півн.	Схід	Півд.	Зах.
	Десятки градусів	Будь-які	32—4	5—13	14—22	23—31
IV, м/с		0—2	3—и>*
і		0	1	2	3 4

Верхню межу швидкості вітру ш* визначають за умовою, що швидкість вітру в підконтрольній місцевос­ті и} > ю* переважає в 5% випадків. При визначенні її для кожної з 5 градацій швидкості та напрямку вітру значення концентрацій q_k (й — номер концентрації в

і-тій градації) вписують в таблицю, після чого з’ясову­ють кількість спостережень в кожній градації п_п яка при подальшій обробці повинна бути не менше 100. Як­що Пі < 100, то значення С_фі вважається орієнтовним.

.Дані підфакельних спостережень групують зони за критерієм відстані від джерела викидів. Кількість спо­стережень в кожній зоні повинна бути не менше 200. Дані для кожної з них поділяють на дві градації за швидкістю вітру. При швидкості вітру 0—2 м/с і ста­новить 0; при швидкостях вітру від 3 до ш* м/с — від

1. до 4.

Віддають перевагу С_ф, отриманим за під факельними вимірами для тих районів міста, де їхні значення більші ніж С_ф, розраховані за даними спостережень на стаціо­нарних постах.

Фонову концентрацію С_фі можна визначити одним із статистичних розрахункових методів або графічно.

При оцінюванні величини різниць С_ф для п’яти градацій розраховують значення С і С — відповідно се­реднє за всіма градаціями та середнє за всіма градаці­ями значення фонової концентрації, крім і = 0:^с = ^(ЗЛ2)

Н. М. Воз«ок, 2006 © ВЦ «Академія», оригінап-макет, 2006Зміст 5

Короткий термінологічний словник1. 2

Моніторинг довкілля як галузь екологічної науки і природоохоронної діяльності 2

1.1. Сутність, об’єкт, предмет, методи моніторингу довкілля 2

1.2. Моніторинг є важливою складовою системи управ­ління якістю довкілля, оскільки передбачає належне інформування про конкретні особливості й наслідки взаємодії людства з навколишнім середовищем. Інфор­мація про його стан і тенденції амід є основою розроб­лення заходів з охорони природи, враховується вона і при плануванні розвитку економіки. Результати оціню­вання наявного і прогнозованого стану біосфери визна­чають комплекс вимог до підсистем спостережень.Становлення і розвиток моніторингу довкілля як галузі екологічної науки 1

1.4. Моніторинг як система оцінювання і прогнозування майбутнього стану довкілля 10

1.5. Організація спостережень за станом природного середовища 13

Які антропогенні фактори потребують особливої уваги при ор­ганізації моніторингу довкілля?2. 8

Рівні, види моніторингу довкілля 8

2.1. Принципи класифікації систем моніторингу 9

Екологічний моніторинг і його завдання 10

Фоновий моніторинг, його роль в оцінюванні і прогнозуванні глобального стану біосфери 14

Глобальна система моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС) 17

Кліматичний моніторинг і його завдання 22

2.2. Моніторинг навколишнього природного середовища в межах України 27

10. Охарактеризуйте загальний, оперативний, фоновий види дер­жавного моніторингу довкілля.3. 31

Моніторинг атмосферного повітря 31

3.1. Джерела і наслідки забруднення атмосферного повітря 31

3.3. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень 48

Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря 54

Методи відбору проб атмосферного повітря для лабораторного аналізу 58

Метеорологічні спостереження при відборі проб повітря 63

Автоматизовані системи спостереження і контролю за атмосферним повітрям 71

3.6. Екологічне нормування якості атмосферного повітря 1

Які типи автоматизованих систем спостереження і контролю­вання атмосферного повітря забезпечують отримання ефективних ре­зультатів?4. 5

Моніторинг поверхневих вод 5

4.1. Сучасний стан поверхневих вод. 6

Джерела і види їх забруднення 6

4.2. Основні завдання і організація роботи системи моніторингу поверхневих вод 11

Програми спостережень за гідрологічними і гідрохімічними показниками, терміни проведення гідрохімічних робіт на пунктах спостереження 23

Методи і терміни відбору проб 26

4.4. Гідробіологічні спостереження 30

Основні гідробіологічні показники якості води 30

Гідробіологічні спостереження за якістю води і донними відкладеннями. Повна і скорочена програми спостережень. Правила відбору проб 33

4.5. Гідробіологічні спостереження доповнюють інфор­мацію, отриману за допомогою гідрохімічних і хіміч­них спостережень. Отримані комплексні дані дають змогу з достатньою точністю і повнотою охарактеризу­вати стан досліджуваних об’єктів водного середовища, сприяють достовірності прогнозування і виробленню за­ходів для зниження рівня забруднень.Прилади і системи контролювання забруднення водного середовища 36

Будова і принцип дії' автоматичних систем контролю якості води 42

4.6. Оцінювання і прогнозування якості води 47

Оцінювання природної якості води в період маловодної фази стоку 47

Оцінювання якості води в річках і водоймищах в умовах антропогенної дії 49

14. Які показники оцінки якості води використовуються при ви­значенні стану водного об’єкта, що перебуває під впливом антропо­генної дії?5. 76

Моніторинг Світового океану 76

5.1. Джерела і види забруднення океану 77

5.2. Процеси самоочищення морського середовища від забруднюючих речовин 87

5.3. Завдання і основні види комплексного глобального моніторингу океану 90

5.4. Організація спостережень за станом вод морів і океанів 94

Оцініть екологічний стан Чорного та Азовського морів. Наве­діть приклади деградації екосистем цих водних об'єктів і назвіть фак­тори, що спричиняють цей процес.6. 108

Моніторинг стану ґрунтів 108

6.1. Сучасний стан ґрунтового покриву Землі і антропогенний вплив на нього 109

6.2. Наукові і організаційні засади створення ґрунтового моніторингу 124

6.3. Критерії оцінювання і види ґрунтово-екологічного моніторингу 132

6.4. Основні принципи спостережень за рівнем хімічного забруднення ґрунту 141

?7. 166

Радіоактивне забруднення природного середовища і його моніторинг 166

8. 194

Моніторинг довкілля на основі спостережень за біологічними об’єктами 194

/=і і=і

Якщо максимальне та мінімальне значення С_ф при

і = 0; 1; 2; 3; 4 задовольняють нерівність:

|^СФ< “С| <0,25С, (а) (3.14)

то для такого поста за С^, приймають значення С неза­лежно від напрямку та швидкості вітру.

Якщо умови (а) не виконуються, але мінімальне і максимальне значення С_фі при і = 0; 1; 2; 3; 4 задоволь­няють нерівність:

\с_фі - с| < 0,25С, (б) (3.15)

то для даного поста деталізація С_ф за напрямком вітру не виконується і за С_фі в градації швидкості вітру 0—2 м/с приймають значення С_ф0, а_в градації швидкості вітру від 3 м/с до іи* — значення С.

Коли умови (а) та (б) не виконуються, С_ф представля­ють п’ятьма значеннями.

Для з’ясування шкідливої дії кількох забруднюва­чів визначають величину С_ф за цими речовинами. При цьому для кожного пункту спостережень та моменту ча­су концентрація п речовин приводиться до концентра­ції найпоширенішої з них.

Наприклад, при сумації впливу в0₂ і ЛЮ₂:

ЇЯОг + N02 ⁼ 9в0₂ ⁺ $N02 ГДК зо_{2 м р} /гдк

^о_2м.р,-

(3.16)

Отримані результати обробляють так само, як і щодо однієї речовини.

При проектуванні промислових підприємств і вста­новленні гранично допустимих викидів (ГДВ) дані про розподіл фонової концентрації по території населеного пункту представляють в табличній формі.В окремих випадках можна обмежитись середнім значенням^С^ по місту. Для цього розраховують середнє значення С_фі по місту для кожної градації швидкості і напрямку вітру. Для тих постів, де у градації, що роз­глядається, С_фі відрізняється від середнього по місту менш ніж на 25%, воно замінюється на середнє по місту значення С_фі.

При встановленні ГДВ для реконструйованих або ді­ючих підприємств, їх частка виключається із С_ф за фор­мулою:

С’_Ф = С_ф(1 - 0,4С/С_ф) при С > С_ф; (3.17)

С’_ф = 0,2 С_ф при С > С_ф, (3.18)

де С’ф — фонова концентрація без урахування підпри­ємства, що розглядається; С — максимальна концен­трація, яка створюється підприємством в точці розмі­щення поста.

За результатами спостережень і оцінювання стану атмосферного повітря визначають середні та макси­мальні концентрації забруднюючих речовин, а також фонові, які особливо важливі при прогнозних обчис­леннях.

6. Екологічне нормування якості атмосферного повітря

З метою обмеження і контролювання антропогенних впливів на навколишнє середовище запроваджують еко­логічне нормування — комплекс заходів для встанов­лення граничних меж, в яких можуть коливатися пара­метри показників, які характеризують стан природного середовища. Екологічному нормуванню підлягають усі небезпечні речовини. До них належать речовини, що надходять до навколишнього середовища як продукти чи супутні утворення людської діяльності і становлять пряму чи опосередковану загрозу суспільству або дов­кіллю загалом, знешкодження яких у поточний момент часу може бути здійснено тільки завдяки значним техні- ко-економічним та організаційним витратам.

Кількісну оцінку вмісту речовин в атмосфері позна­чають поняттям «концентрація» — кількість речови­ни, яка міститься в одиниці об’єму повітря, приведено­го до нормальних умов.

Якість атмосферного повітря — сукупність властивостей повітря, яка визначає ступінь впливу фізичних, хімічних і біологічних факто­рів на людей, рослинний та тваринний світ, а також на матеріали, конструкції і довкілля загалом.

Оцінюють рівень забруднення середовища та його якість, використовуючи показники гранично допусти­мих концентрацій.

За прямої дії забрудника людина відчуває загальне погіршення стану, яке виражається різними симптома­ми; накопичення в організмі шкідливих речовин понад визначену дозу може спричиняти патологічні зміни ок­ремих органів або організму в цілому. Опосередковано впливають такі зміни на довкілля: вони не діють на жи­ві організми, але погіршують звичні умови життєдіяль­ності (пошкоджують зелені насадження, збільшують кількість туманних днів і т.д.)

Отже, основним критерієм встановлення нормативів ГДК для оцінювання якості атмосферного повітря є обсяг

і особливості дії наявних у повітрі забруднюючих речо­вин на організм людини. Для визначення якості атмо­сферного повітря послуговуються двома ГДК — макси­мально разовою (ГДКм.р.) і середньодобовою (ГДКс.д.).

Максимально разова гранично допустима концентрація (ГДКм.р.) — основна характеристика небезпечності шкідливої речовини, яка встановлюється для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, світлової чутливості, біоелек­тричної активності головного мозку) при короткотривалому впли­ві атмосферних домішок.

Максимально разові ГДК застосовують, оцінюючи умови праці у забруднених приміщеннях.

Середньодобова гранично допустима концентрація (ГДКс.д.) —

характеристика небезпечності шкідливої речовини, встановлена для попередження загальнотоксичного, канцерогенного, мута­генного та інших впливів речовин на організм людини.

Речовини, які оцінюють за цим нормативом, здатні тимчасово або постійно накопичуватися в організмі лю­дини.

ГДКм.р. встановлюють для промислових підпри­ємств, а ГДКс.д. — для зон житлової забудови. Різниця між цими показниками зумовлена тим, що на підпри­ємствах до роботи допускають, як правило, здорових людей, які пройшли медичний огляд і стійкіші до дії на організм шкідливих речовин. Отже, ГДКм.р. більші, ніж ГДКс.д. На основі ГДК інженерні служби розрахо­вують розміри гранично допустимих викидів (ГДВ) ре­човин в атмосферу. Зазвичай у різних країнах викорис­товують два показники: ГДК та гранично допустиме екологічне навантаження (ГДЕН) на природні об’єкти.

Санітарно-гігієнічне оцінювання якості атмосферно­го повітря здійснюють, дотримуючись таких необхід­них вимог:

1. Допустимою може бути тільки така концентрація, яка не спричиняє прямої, побічної шкідливої або непри­ємної дії на людський організм, не знижує працездат­ності, не впливає на настрій, забезпечує фізіологічний оптимум життя.

2. Звикання до шкідливих речовин є неприйнятним, і концентрація, яка може його викликати, не допускається.

3. Недопустимі такі концентрації шкідливих речо­вин, які негативно впливають на рослини, клімат, про­зорість атмосфери.

В Україні запроваджуються заходи, спрямовані на попередження забруднення атмосферного повітря та зниження вмісту шкідливих домішок:

• поліпшення наявних та впровадження нових тех­нологічних процесів, які виключають поширення шкід­ливих речовин;

• поліпшення складу палива, апаратів карбюрації та зменшення надходження викидів в атмосферу за до­помогою очисних споруд;

• запобігання забрудненню атмосфери за допомогою раціонального розміщення ймовірних джерел шкідли­вих викидів та розширення площ зелених насаджень.

Комплексне застосування цих заходів сприяє поліп­шенню стану атмосферного повітря над містами. За чис­тотою повітря та його змінами постійно стежать органи санітарного контролю санітарно-епідеміологічної служ­би Міністерства охорони здоров’я України.

Запитання. Завдання

1. У який спосіб відбувається забруднення атмосферного повіт­ря? Які джерела забруднення є основними?

2. Наведіть приклади прояву екологічної кризи у XX—XXI ст., які глобально впливають на біосферу планети, вкажіть їх причини.

3. Проаналізуйте основні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря.

4. Для чого призначені стаціонарні, маршрутні, підфакельні пос­ти спостережень?

5. Проаналізуйте спільні і відмінні ознаки програм спостережень на стаціонарних, маршрутних та підфакельних постах спостережень.

6. Охарактеризуйте лабораторні, експресні, автоматичні методи оцінювання забруднення атмосферного повітря.

7. Які методи відбору проб атмосферного повітря для лабора­торного аналізу використовують найчастіше?

8. З якою метою проводять метеорологічні спостереження при відборі проб повітря?

9. З якою метою здійснюють екологічне нормування якості ат­мосферного повітря?

10. Які статистичні характеристики використовують для оцінки забруднення атмосфери?

Які типи автоматизованих систем спостереження і контролю­вання атмосферного повітря забезпечують отримання ефективних ре­зультатів?4.

Моніторинг поверхневих вод

Вода є однією з найпоширеніших речовин у природі. Вона входить до складу всіх мінералів, живих організ­мів. Складні процеси у тваринних або рослинних орга­нізмах можуть відбуватися тільки за наявності води. Хоча запаси води на планеті загалом залишаються незмінними, проте в окремих регіонах внаслідок діяль­ності людини вони можуть зазнавати значних кіль­кісних і якісних змін, що призводить до істотних по­рушень у природних процесах, негативно впливає на живу природу та людину. Тому водні ресурси потребу­ють суворої охорони як в якісному, так і в кількісному аспектах.

1. Сучасний стан поверхневих вод.

Джерела і види їх забруднення

Вода відіграє вирішальну роль у підтриманні життя людини. Її наявність і способи використання нерідко визначають долі народів і країн. Особливої гостроти на­буває ця проблема на сучасному етапі, оскільки лише невелика частина загальних запасів води — це прісні, придатні для використання в народному господарстві води. Саме вони, зокрема поверхневі води, зазнають найбільшого антропогенного впливу.

Поверхневі води — води суходолу, що постійно або тимчасово пе­ребувають на земній поверхні у формі різних водних об'єктів у рід­кому (водотоки, водойми) і твердому (льодовики, сніговий покрив) станах.

Найважливішими шляхами переміщення води є за­гальна циркуляція в атмосфері, морські течії і річковий стік. Її безперервний обіг утворює замкнуту систему: океан — атмосфера — суходіл — океан. Циркуляція охоплює усі водні ресурси — придатні для використання води Землі (річкові, озерні, морські, підземні, вологість ґрунту, водяні пари атмосфери та ін.).

Забезпеченість країни водними ресурсами, наяв­ність суднохідних рік, виходу до морів тощо значною мірою зумовлюють темпи її соціального і економічного розвитку. З цієї точки зору Україна розташована у до­сить сприятливих умовах: її омивають Чорне та Азов­ське моря, на території України зареєстровано 71 тис. рі­чок, що мають загальну довжину 243 тис. км. Більшість із них належить до басейнів Чорного та Азовського мо­рів. В Україні є 3 тис. озер із загальною площею водно­го дзеркала 2 тис. км², 23 тис. ставків та водосховищ, особливо багато їх у районі середнього та нижнього Дніпра. Однак їх наявність не означає, що водні ресур­си невичерпні.

Раціональне використання й охорона природних ре­сурсів — запорука виживання людей. Натепер особливу занепокоєність викликають проблеми водокористуван­ня. Загроза полягає не тільки в кількісному зменшенні природних вод, а й у погіршенні їх якості. Тому ця проб­лема стає загальнодержавною у більшості країн світу, зокрема в Україні.

Якість води обумовлена як природними, так і антро­погенними факторами. Внаслідок інтенсивного вико­ристання водних ресурсів змінюються якість і кількість води, складові водного балансу, гідрологічний режим водних об’єктів. Це відбувається тому, що більшість рі­чок і озер є одночасно джерелами водопостачання й приймачами господарсько-побутових, промислових і сільськогосподарських скидів. На якісні та кількісні зміни водних ресурсів впливають такі основні види господарської діяльності: водоспоживання для про­мислових і комунальних потреб, скидання відпрацьо­ваних вод, урбанізація, утворення водосховищ, зро­шування і осушування земель, агромеліоративні захо­ди тощо. При цьому кожний водозбір може одночасно використовуватися для більшості із вказаних видів діяльності. У зв’язку з цим при водогосподарському плануванні і регулюванні якості води необхідно брати до уваги вплив кожного з цих факторів окремо і всіх разом.

Вода скидна — вода, що відводиться від зрошуваних сільгосп­угідь, присадибних ділянок, а також з територій, на яких застосо­вується гідромеханізація.

Господарсько-побутові, промислові сільськогоспо­дарські скиди зумовлюють хімічне, фізичне, біологічне і теплове забруднення гідросфери.

Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми зі стічними водами шкідливих домішок неорганічного та органічного походження: сполук миш’яку, свинцю, ртуті, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і пере­даються далі харчовим ланцюжком більш високоорга- нізованим організмам, що супроводжується кумуля­тивним (лат. ситиіо — нагромаджую) ефектом, який полягає в прогресуючому збільшенні вмісту ШКІДЛИВИХ сполук у кожній наступній ланці харчового ланцюжка. Більшість цих домішок є токсичними для мешканців водойм.

Згубно впливають на стан водойм стічні води, що містять розчинені органічні речовини або суспензії ор­ганічного походження, оскільки сприяють зниженню вмісту кисню у воді.

Вода стічна — вода, що утворюється у процесі господарсько-по­бутової і виробничої діяльності (крім дренажної і скидної вод), а також при відведенні із забудованої території стоку атмосферних опадів.

Особливої шкоди завдають нафта та нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешко­джає газообміну між водою і атмосферою та зменшує вміст кисню у воді. Осідаючи на дно водойм, органічні суспензії замулюють його і затримують або повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганіз­мів, які беруть участь у самоочищенні води. Основни­ми постачальниками органічних речовин у стічні води є підприємства целюлозно-паперової промисловості, нафтопереробні заводи, великі тваринницькі комплек­си тощо.

Велику кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі, містять стоки хімічних підприємств. Більшість з цих речовин біологічно активні, дуже стій­кі до біодеградації й важко видаляються зі стоків. Ос­таннім часом особливо згубно діють синтетичні миючі засоби — детергенти, які часто містять фосфор. Зрос­тання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спри­чинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, «цвітіння» водойм, що супроводжується різким зни­женням вмісту у воді кисню, загибеллю риб та інших водних тварин. Детергенти ускладнюють роботу каналі­заційних споруд, уповільнюють процеси коагуляції під час очищення стічних вод.

Кількість хімічних забруднювачів постійно зростає. Про шкідливу дію деяких з них ще мало відомо, оскіль­ки вони мають пролонгований вплив, тобто шкідливі мутації, генетичні розлади тощо виявляються в наступ­них поколіннях живих істот.

Фізичне забруднення води зумовлює зміни фізич­них властивостей — прозорості, вмісту суспензій та інших нерозчинних домішок, радіоактивності і тем­ператури тощо. Суспензії (пісок, намул, глинисті час­тки) потрапляють у водойми здебільшого внаслідок поверхневого змиву дощовими водами із сільськогос­подарських полів, особливо тоді, коли розорюються водозахисні смуги вздовж річок і орні ділянки набли­жаються до самої межі води. Багато суспензій з діючих підприємств гірничодобувної промисловості заносять у водойми сильні вітри (пил). Тверді частки знижують прозорість води, пригнічуючи процеси фотосинтезу водяних рослин, забиваючи зябра риб, органи дихан­ня водних тварин, погіршують смакові якості води. Особливу небезпеку для всього живого становлять ра­діоактивні відходи, які потрапляють у водойми вна­слідок викидів з АЕС, з частками золи від працюючих ТЕС тощо. Саме вони найбільше загрожують природ­ним водам і живим організмам. Тому при оцінюванні

впливу господарської діяльності на водні ресурси не­обхідно враховувати не тільки їх кількісні, а й якісні зміни.

Теплове забруднення водойм є окремим видом за­бруднення гідросфери, яке спричинене спусканням у водойми теплих вод з різних енергетичних установок. Тепло, що надходить з такими водами в ріки й озера, істотно змінює їх термічний і біологічний режими. Ос­новними тепловими забруднювачами є АЕС. Як свід­чать спостереження, у ріках, розташованих нижче ді­ючих ТЕС та АЕС, порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражуються хворобами і пара­зитами.

Біологічне забруднення водного середовища полягає у надходженні зі стічними водами до водойм різних ви­дів мікроорганізмів, рослин і тварин (віруси, бактерії, грибки, черви), невластивих водній екосистемі, яка забруднюється. Більшість з них хвороботворні для лю­дей, рослин і тварин. Найшкідливішими є комунально- побутові стоки, особливо коли вони надходять у водой­ми без очищення. Проте навіть за наявності очисних споруд певна кількість бактерій, вірусів тощо не затри­мується фільтрами і потрапляє у водойми. Промисло­вими біологічними забруднювачами є підприємства шкірообробної промисловості, м’ясокомбінати, цукро­ві заводи.

В Україні з 1998 р. спостерігається тенденція до зниження об’ємів забору та використання води, основна причина якої полягає у спаді виробничої діяльності. Вплинуло на їх зменшення також запровадження в кра­їні плати за спеціальне використання прісних водних ресурсів. Найбільше води забирають з басейну Дніпра. Зменшуються об’єми використання води і в системах оборотного та повторно-послідовного водопостачання. Основними споживачами води залишаються промисло­вість, сільське та житлово-комунальне господарства. Починаючи з 1995 р., щорічно зменшується скид за­бруднюючих речовин у поверхневі водні об’єкти Украї­ни, що дещо поліпшило їх якість.

Науково-технічний прогрес, розвиток промисловос­ті вимагають залучення у виробничі цикли усе більшої кількості водних ресурсів у глобальному планетарному масштабі.

2. Основні завдання і організація роботи системи моніторингу поверхневих вод

Зростаючі темпи розвитку промисловості зумовлю­ють не лише збільшення об’ємів використання води, а й її забруднення. Якість і кількість загальних запасів води на планеті, особливо прісної, уже зараз є важливою про­блемою, а в деяких регіонах ситуація переростає у еколо­гічну катастрофу. Тому контролювання стану водних об’єктів є необхідною складовою моніторингу довкілля.

Моніторинг поверхневих вод — система послідовних спостере­жень, збирання, оброблення даних про стан водних об'єктів, про­гнозування їх змін та розроблення науково обгрунтованих реко­мендацій для прийняття управлінських рішень, які можуть позна­читися на стані вод.

До основних завдань моніторингу поверхневих вод належать контролювання, спостереження, оцінювання та прогнозування стану якості води. Система моніто­рингу виконує інформаційну роль і не охоплює елемен­тів управління, оскільки є складовою загальної системи управління навколишнім середовищем і регулювання його якості.

Спостереження за водними об’єктами тісно пов’яза­ні з прогнозуванням їх стану. У процесі моніторингу не­обхідно отримати дані про джерела забруднення, склад і характер забруднень, реакції гідробіонтів (організмів, які живуть у водному середовищі) і зміни стану водних об’єктів. Інформацію, отриману внаслідок спостере­жень, порівнюють з даними про природний стан вод­них об’єктів до початку помітного антропогенного впливу, тобто з фоновими характеристиками якості і кількості водних об’єктів.

Основною метою налагодження системи спостере­жень і контролю за забрудненням водних об’єктів є от­римання інформації про природну якість води та оцінка змін якості води внаслідок дії антропогенних факторів.

Служба спостереження та контролювання (моніто­рингу) розв’язує такі завдання:

• спостереження і контролювання рівня забруднен­ня водного середовища за хімічними, фізичними та гід­робіологічними показниками;

• вивчення динаміки вмісту забруднюючих речо­вин і виявлення умов, за яких відбуваються коливання рівня забруднення;

• дослідження закономірностей процесів самоочи­щення та накопичення забруднюючих речовин у дон­них відкладеннях;

• вивчення закономірностей виносу речовин через гирлові створи річок у водойми.

Перші оцінки ступеня забрудненості вод були зроб­лені ще на початку XX ст. Вони ґрунтувалися на дослі­дженні гідробіологічних показників — так званій сис­темі сапробності Кольквитця і Марсона (1909 р.) — встановленні вмісту у воді органічних речовин, що роз­кладаються, і фізико-хімічних (класифікація водних об’єктів розроблена Королівською комісією зі стічних вод в Англії у 1912 p.). Спостереження здійснювались тільки за впливом на водні об’єкти основного на той час джерела забруднення — господарсько-побутових стіч­них вод. Необхідність проведення систематичних спо­стережень за станом поверхневих вод, їх зміною внаслі­док дії природних і особливо антропогенних факторів була усвідомлена тільки наприкінці 60-х років минуло­го століття. З цією метою почали створюватись націо­нальні системи моніторингу довкілля, складовою яких є система моніторингу поверхневих вод.

За головними структурними ознаками національні системи моніторингу вод в різних країнах належать до трьох типів: першого — якщо у країні діє єдина загаль­нонаціональна мережа гідрологічних і гідрохімічних станцій та постів; другого — коли паралельно діють кілька рівноцінних мереж збору інформації; третього — у разі, коли пріоритетними є одна-дві мережі контролю якості води, а їх доповнюють регіональні структури. Країнами з першим видом моніторингу вод є Велика Британія, Канада, Нідерланди, Японія; з другим — Швеція; з третім — СІЛА, Україна та деякі інші постра­дянські країни.

За кордоном у 1977 р. розпочалися роботи за міжна­родною програмою UNEP/Water (United Nation Envi­ronment Protection) щодо спостережень за станом пріс­них вод, яка входить до системи глобального моніто­рингу навколишнього середовища (табл. 4.1). Систему моніторингу прісних вод формують на 344 станціях (з них 240 — на річках, 43 — на озерах, 61 — на джерелах

Таблиця 4.1 Мережа пунктів контролю поверхневих вод у різних країнах світу Країна	Площа, тис. км2	Кількість пунктів (станцій, постів)	Густота мережі, км на один пункт
Австрія	84	700	120
Білорусь	208	130	1600
Велика Британія	244	250	877
Індія	3288	302	10 889
Італія	301	489	615
Канада	9976	1116	8939
Китай	9597	3189	3009
Нідерланди	41,2	260	158
Німеччина	357	1122	318
Норвегія	324	607	534
Польща	313	690	453
Росія	17 075	3470	4920
СІЛА	9363	60 000	156
Фінляндія	337	595	566
Франція	551	1005	548
Швейцарія	41,3	332	124
Швеція	450	590	763
Японія	372	4200	89

підземних вод). Станції розташовані у такий спосіб, щоб вести спостереження як на незабруднених, так і на забруднених територіях. Усі дані спостережень акуму­люються в Канадському центрі континентальних вод (м. Барлінгтон, провінція Онтаріо) з метою вивчення стану забруднення прісних вод та розроблення світових стандартів чистої води. До цієї програми не приєднали­ся країни колишнього Радянського Союзу, Східної Єв­ропи та Африки.

На основі моніторингових досліджень зроблено за­гальні висновки щодо забруднення прісних вод світу:

• у слаборозвинутих країнах забруднення води здійснюється в основному побутовими водами;

• країни, що розвиваються, максимально забруд­нюють води стоками усіх видів;

• у розвинутих країнах кількість забруднених вод починає зменшуватися, а пік забруднення припадає на ЗО—50-ті роки XX ст.

Функції і завдання моніторингу в СРСР покладали­ся на Загальнодержавну службу спостережень і контро­лю за рівнем забруднення навколишнього природного середовища, організовану наприкінці 1972 р., проте єдиного управлінського центру національного моніто­рингу, як і єдиної методичної бази з організації та про­ведення цих спостережень, створено не було. Саме тому з отриманням Україною статусу незалежної держави постало завдання розробки та впровадження власної державної системи екологічного моніторингу.

Згідно з «Порядком здійснення державного моніто­рингу вод» (затвердженого Постановою Кабінету Мініс­трів України № 815 від 20.07.1996р.) та «Положенням про державну систему моніторингу навколишнього се­редовища» (затвердженого Постановою Кабінету Мініс­трів України № 391 від 30.03.1998 р.) державний моні­торинг вод є невід’ємною складовою державної системи моніторингу навколишнього середовища. На основі цих двох урядових документів розроблена «Єдина міжві­домча інструкція по організації та здійсненню держав­ного моніторингу вод» (ЄМІ), затверджена наказом Мі­ністерства екології та природних ресурсів природного се­редовища України № 485 від 24.12.2001 р. Цей документ встановлює єдині вимоги до організації та проведення спостережень за станом поверхневих вод, прибережних зон водосховищ, підземних вод, джерел забруднення вод; за гідрологічними, фізико-хімічними, біологічни­ми, радіологічними показниками якості вод. Виконан­ня вимог ЄМІ обов’язкове для всіх підрозділів суб’єктів державного моніторингу вод, а також відповідальних водокористувачів, які здійснюють спостереження за кількісним та якісним станом вод.

До провідних суб’єктів державного моніторингу на­лежать: Міністерство екології та природних ресурсів, у т. ч. Головдержекоінспекція та Держуправління охоро­ни навколишнього природного середовища в областях; організації гідрометеорологічної служби; геологічні те­риторіальні організації; Міністерство з питань надзви­чайних ситуацій; Міністерство охорони здоров’я; Мініс­терство аграрної політики; Державний комітет України з водного господарства; Державний комітет будівниц­тва, архітектури та житлової політики України. Нате­пер основними завданнями цих установ (крім Держвод- госпу України) за предметними напрямами моніторин­гу кількості і якості вод є:

• моніторинг джерел скидів стічних вод щодо кон­тролювання вмісту забруднюючих речовин, у т.ч. радіо­нуклідів, моніторинг поверхневих вод та водних об’єк­тів у межах природоохоронних територій щодо фонової кількості забруднюючих речовин, зокрема радіонуклі­дів (Головдержекоінспекція і Держуправління Мінеко- ресурсів України);

• моніторинг річкових, озерних, морських вод (гід­рохімічні та гідробіологічні визначення, вміст забруд­нюючих речовин, у т. ч. радіонуклідів), радіаційної об­становки (на пунктах стаціонарної мережі та за результа­тами обстежень), стихійних та небезпечних природних явищ (повені, паводки, селі і т.п.), що можуть впливати на якість вод (організації гідрометеорологічної служби Мінекоресурсів України);

• моніторинг підземних вод щодо гідрогеологічних та гідрохімічних визначень їх складу і властивостей, включаючи визначення залишкових кількостей пести­цидів і агрохімікатів та оцінку ресурсів цих вод (геологіч­ні територіальні організації Мінекоресурсів України);

• моніторинг поверхневих вод суші і питної води, а також морських вод в місцях проживання і відпочинку населення (хімічні, бактеріологічні, радіологічні, віру­сологічні визначення) (МОЗ України);

• моніторинг поверхневих вод сільськогосподар­ського призначення (токсикологічні та радіологічні визначення, залишкові кількості пестицидів, агрохімі­катів, важких металів) (Мінагрополітики України).

Незалежний спеціалізований або цільовий моніто­ринг вод здійснюють також Міністерство з надзвичай­них ситуацій України (на територіях, підпорядкованих адміністрації зони відчуження і зони безумовного відсе- лення, а також в інших зонах радіоактивного забруд­нення внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС щодо контролювання забруднюючих речовин, у т.ч. радіо­нуклідів у поверхневих та підземних водах) і Держбуд України (контроль за вмістом забруднюючих речовин у питній воді централізованих систем водопостачання, а також у стічних водах міських каналізаційних мереж та очисних споруд).

Починаючи з 1960 р. на території України в межах Держкомгідромету діють 11 басейнових управлінь з 27 спеціальними гідрохімічними лабораторіями, які регу­люють використання та контролюють рівень забруднен­ня поверхневих вод.

Основний обсяг робіт з моніторингу річок викону­ють пункти спостережень гідрометеослужби (табл.4.2), де проводяться дослідження гідрометричних і гідроло­гічних характеристик водотоків та водойм, а також ви­значаються гідрохімічні та гідробіологічні показники якості поверхневих вод. Ці пункти розподілені по 10 річкових басейнах України. Найбільше пунктів спосте­режень за кількісними і якісними показниками розта­шовано в басейні Дніпра, розвинена мережа спостере­жень в басейнах Дунаю та Дністра.

Таблиця 4.2 Розподіл пунктів спостережень гідрометеослужби на головних річкових басейнах станом на 1.01.2005 р. № п/п	Басейн	Кількість постів
		Рівен- них	3 них	3 гідрохімічним поділом роботи
			витратних	І кате­ горії	II кате­ горії	III кате­ горії	IV кате­ горії
1	Дніпра	109	100	0	1	26	55
2	Дністра	64	62	0	0	9	17
3	Південного Бугу	23	22	0	0	6	12
4	Західного Бугу	10	10	0	0	5	4
5	Сіверського Донця	36	35	1	0	17	10
6	Приазов’я	19	19	0	0	5	8
7	Дунаю	77	56	0	0	8	29
8	Криму	33	33	0	0	3	21
9	Межиріччя Дунаю і Дністра	1	1	0	0	0	1
10	Межиріччя Дністра і Південного Бугу	2	2	0	0	0	2
	Разом	374	340	1	1	79	159

Основою розміщення гідрологічних пунктів спосте­режень є принцип отримання основних характеристик (з визначеною точністю) водного режиму — рівня води і річкового стоку. Кількість і щільність розташування пунктів спостережень визначаються природно-кліма- тичними факторами, а також запитами народного гос­подарства і служби прогнозів.

Більшість постів виконує спостереження у терміни від 51 до 100 років, трохи менше — від 31 до 50 років (рис. 4.1). Отже, періоди спостережень мають достатню тривалість і можуть використовуватись для різних не­обхідних обчислень.

1 — від 51 до 100 років; 2 — більше 100 років; 3 — від 1 до 10 років; 4 — від 11 до 30 років; 5 — від 31 до 50 років.

Рис. 4.1. Розподіл гідрологічних ПОСТІВ (ШТ.) за тривалістю спостережень

За останні 25 років відбулися зміни в кількісному складі гідрологічної мережі. Так, якщо в 1975 р. нара­ховувалося 510 гідрологічних постів, з яких на 472 ви­вчався стоковий режим річок, а на 198 — стік наносів, тобто твердий, то в 1985 р. вивченням елементів гідро­логічного режиму рік України займалося 477 постів, із яких 448 вивчали рідкий стік і 204 — твердий стік. Наприкінці 80-х років XX ст. відділом гідрології УкрГМЦ були проведені дослідження і виконані розра­хунки з метою обґрунтування необхідної кількості ре­перних (опорних) постів та їх раціонального розміщен­ня. Динаміка чисельності постів гідрологічної річкової мережі представлена в табл. 4.3.

Сучасна гідрологічна мережа України налічує 374 пости, з яких на 339 вимірюють витрати води, а на 119 — вивчають твердий стік. Озерна мережа нарахо­вує 60 постів.Таблиця 4.3 Динаміка чисельності гідрологічних постів на річках України за 1975—2005 рр. Рік	1975	1985	1995	2005
Кількість гідрологічних річкових постів	510	477	371	374

Програми спостережень на гідрологічних станціях і постах регламентовані нормативними документами, які підготовлені ще Державним гідрологічним інститу­том (тепер Російський гідрологічний інститут).

Кількість пунктів спостережень у зв’язку з проблема­ми у загальному економічному становищі країни була де­що зменшена. В УкрНДГМІ в 1996—1999 рр. були вико­нані науково-дослідні роботи по оптимізації мережі гід­рологічних спостережень (за твердим і рідким стоками) на річках України. Натепер вона реалізує основні завдан­ня і функції щодо забезпечення органів державної влади і управління, галузей господарства, прогностичних орга­нізацій гідрометеослужби оперативною і режимною ін­формацією.

Знання багаторічних характеристик елементів гід­рометеорологічного режиму і даних поточних спостере­жень дають змогу розв’язувати конкретні завдання, пов’язані з інформуванням і прогнозуванням, а також з гідрологічними розрахунками.

3. Принципи організації спостереження і контролювання якості поверхневих вод. Пункти спостережень, контрольні створи

Моніторинг якості поверхневих вод передбачає орга­нізацію стаціонарної мережі пунктів спостережень за природним складом і забрудненням поверхневих вод; спеціалізованої мережі пунктів спостережень за забруд­неними водними об’єктами; тимчасової експедиційної мережі пунктів спостережень. Мережі спостережень створюють з дотриманням певних вимог:

• надання переваги вивченню і контролюванню антропогенної дії на поверхневі води;

• систематичність і комплексність спостережень за фізичними, хімічними та біологічними показниками та проведення відповідних гідрологічних вимірів;

• узгодження строків спостережень з характерни­ми гідрологічними ситуаціями;

• визначення показників якості води єдиними ме­тодами;

• оперативність одержання інформації про якість води.

Основним принципом організації спостережень є їх комплексність, яка передбачає узгоджену програму ро­біт з гідрохімії, гідрології, гідробіології та забезпечує моніторинг якості води за фізичними, хімічними, гідро­біологічними показниками.

Найважливішим етапом організації робіт є вибір місця розташування пункту спостереження.

Моніторинг забруднення вод проводиться на постій­них та тимчасових пунктах спостереження, які розмі­щують у місцях, де наявний або відсутній вплив госпо­дарської діяльності.

Пункт спостереження за якістю поверхневих вод — місце на во­доймищі або водотоці, де проводять комплекс робіт для одержан­ня даних про якісні й кількісні характеристики води.

Основними об’єктами, які потребують моніторингу, є: місця скиду стічних і дощових вод міст, селищ, сіль­ськогосподарських комплексів; місця скиду стічних вод окремих підприємств, ТЕС, АЕС; місця скиду ко­лекторно-дренажних вод, які відводяться зі зрошува­них або осушуваних земель; кінцеві створи великих і середніх річок, які впадають в моря, внутрішні водой­мища; кордони економічних районів, республік, країн, Що перетинають транзитні річки; кінцеві гідрологічні створи річкових басейнів, за якими складають водогос­подарські баланси; гирлові зони забруднених приток го­ловної річки.

Пункти стаціонарної мережі спостереження поділя­ють на чотири категорії. Пункти спостережень першої категорії розміщують на водотоках і водоймищах, що мають особливо важливе народногосподарське значен­ня, коли існує ймовірність перевищення концентрації певних показників. Пункти спостереження другої ка­тегорії розташовують на водних об’єктах, які знахо­дяться в районах промислових міст, селищ з централі­зованим водопостачанням, у місцях відпочинку насе­лення, в місцях скиду колекторно-дренажних вод з сільськогосподарських полів, на граничних і кінцевих створах рік. Пункти спостереження третьої катего­рії розміщують на водних об’єктах, що характеризують­ся помірним або слабким навантаженням (в районах не­великих населених пунктів та промислових підпри­ємств). Пункти спостереження четвертої категорії формують на незабруднених водних об’єктах (фонових ділянках).

Пункти спостереження розташовують з урахуван­ням стану та перспектив використання водних об’єктів на підставі попередніх досліджень, які передбачають:

• збирання та аналізування відомостей про водоко­ристувачів, джерела забруднення вод, аварійні скиди забруднюючих речовин, що відбувалися раніше, даних про режимні, фізико-географічні морфометричні озна­ки водойми або водотоку;

• обстеження водойми або водотоку та прибереж­них водоохоронних смуг з метою визначення їх стану, виявлення додаткових джерел забруднення, визначен­ня зон забрудненості та переліку специфічних забруд­нюючих речовин, виокремлення характерних біотопів.

На пунктах спостереження досліджують один або кілька створів.

Створ пункту спостереження — умовний поперечний переріз во­доймища або водотоку, де проводиться комплекс робіт для одер­жання інформації про якість води.

Створи спостережень розміщують з урахуванням гідрометричних умов і морфологічних особливостей во­доймища або водотоку, наявності джерел забруднення, об’єму та складу стічних вод, зокрема зворотних.

Вода зворотна — вода, яка повертається за допомогою технічних споруд і господарських засобів до природних ланок кругообігу во­ди (річкової, озерної, морської, літогенної) у вигляді стічної, скид­ної або дренажної.

На водотоках у разі відсутності організованого ски­ду зворотних вод, у гирлах забруднених приток, на не­забруднених ділянках водотоків, на передгреблевих ді­лянках річок, на кінцевих ділянках річок і в місцях пе­ретину державного кордону України встановлюють один створ.

На водотоках при наявності організованого скиду зворотних вод встановлюють два і більше створів. Пер­ший (фоновий) створ рекомендовано розміщувати на відстані 1 км вище від джерела забруднення. Другий створ призначений для контролю за зміною якості води водотоку поблизу випуску стічних вод, тобто в зоні за­бруднення. Відповідно до санітарних нормативів бажано розташувати його на відстані 1 км вище від найближчо­го місця водозабору. На річках, що використовуються для рибогосподарських потреб, цей створ встановлюють на відстані 0,5 км нижче по течії від місця скиду стіч­них вод, а на водоймищах — 0,5 км в бік найвиражені- шої течії. У містах та селищах, де є численні скиди, контрольний створ розміщують на відстані 0,5-—1 км нижче від останнього колектора. Третій створ розмі­щують у такий спосіб, щоб дані спостережень характе­ризували якість води, водного потоку загалом, тобто у місці достатнього змішування стічних вод з водами річки.

При спостереженнях за водоймою загалом встанов­люють не менше трьох створів, по можливості рівномір­но розподілених її акваторією з урахуванням конфігура­ції берегової лінії. У разі спостережень за окремими ді­лянками водойми створи розташовують у такий спосіб:

• на водоймах з інтенсивним водообміном: один створ вище джерела забруднення і решта створів (не менше двох) нижче джерела забруднення на відстані

0. 5 км від місця скиду зворотних вод та безпосередньо за межею зони забруднення;

• на водоймах з помірним та уповільненим водооб­міном — один створ поза зоною впливу джерела, другий створ суміщають зі створом скиду зворотних вод, решту створів (не менше двох) розташовують по обидва боки від останнього на відстані 0,5 км від місця скиду та без­посередньо за межею зони забрудненості.

Кожний створ має кілька вертикалей та горизонта­лей. їх розташування в кожному створі визначається характером скидів, особливостями течії водоймища або водотоку, рельєфом дна.

Вертикаль створу — умовна вертикальна лінія від поверхні води

до дна водоймища або водотоку, на якій здійснюють дослідження

для отримання інформації про якість води.

Кількість вертикалей в створі на водотоці визнача­ють з урахуванням умов змішування вод водотоку із зворотними водами, а також з водами приток. При неод­норідному хімічному складі води в створі встановлюють не менше трьох вертикалей: на стрижні (лінія найбіль­ших поверхневих швидкостей течії річки, на прямих ді­лянках розташована, зазвичай, на середині водотоку, на вигині — ближче до увігнутого берега) та на віддалі 3— 5 м від берегів, а при однорідному хімічному складі — одну вертикаль на стрижні водотоку.

Кількість вертикалей у створі на водоймах зумовле­на шириною зони забруднення. Першу вертикаль розмі­щують на відстані не більше 0,5 км від берега або від місця скиду зворотних вод, останню — безпосередньо за межею зони забруднення.

Горизонт створу — зона на вертикалі (в глибину), де викону­ють комплекс досліджень для отримання інформації про якість води.

Кількість горизонтів на вертикалі визначають з ура­хуванням глибини водного об’єкта. За глибини до 5 м встановлюють один горизонт біля поверхні води (вліт­ку — 0,3 м нижче поверхні, взимку — біля нижньої по­верхні льоду). Якщо глибина становить від 5 до 10 м, ви­окремлюють два горизонти: біля поверхні і поблизу дна (на відстані 0,5 м від дна). У разі, коли глибина більша 10 м, встановлюють три горизонти: біля поверхні, посе­редині та поблизу дна. При глибині більше 100 м вста­новлюються горизонти біля поверхні, на глибинах 10, 20, 50, 100 м та біля дна. Крім цього, необхідно виокре­мити додаткові горизонти в кожному шарі зміни густи­ни води.

Раціональне розміщення пунктів спостережень, сис­тематичність, комплексність і точність при здійсненні моніторингу поверхневих вод дають змогу отримати достовірну інформацію, яка може бути використана як з практичною, так і з теоретичною метою.

Програми спостережень за гідрологічними і гідрохімічними показниками, терміни проведення гідрохімічних робіт на пунктах спостереження

Загальна мета, завдання різних досліджень, типи водотоків, водоймищ зумовлюють кількість і методи аналізів, час відбору проб природних вод. Відповідно до цього розробляють програми спостережень за гідроло­гічними та гідрохімічними показниками.

Програма спостережень — теоретично і експериментально ви­значена оптимальна кількість показників і послідовність дослі­джень, які дають змогу отримати повну і достовірну інформацію про якість води в певному місці у визначений час.

Вибір програми залежить від категорії пункту спо­стережень. Ці програми поділяють на обов’язкову, ско­рочену-1, скорочену-2, скорочену-3.

Здійснення обов’язкової програми передбачає:

• гідрологічні спостереження: витрата води (м³/с), тобто кількість води, що протікає через живий переріз за одиницю часу, швидкість течії (м/с) при опорних ви­мірах витрати на водотоках або рівень води (м) на водой­мищах;

• гідрохімічні спостереження: візуальні спостере­ження, температура (°С), колірність (градуси), прозо­рість (см), запах (бали), концентрація розчинених у во­ді газів — кисню, діоксиду вуглецю (мг/дм³, мг/л); кон­центрація завислих речовин (мг/дм³, мг/л); водневий показник рН; окисно-відновний показник ЕЬ (мВ); кон­центрація головних йонів — хлоридних, сульфатних, гідрокарбонатних, кальцію, магнію, натрію, калію, су­ми йонів (мг/дм³, мг/л); хімічне споживання кисню (ХСК) (мг/дм³, мг/л); біохімічне споживання кисню за 5 діб (БСК₅) (мг/дм³, мг/л); концентрація біогенних еле­ментів — амонійних, нітритних, нітратних йонів, фосфа­тів, загального заліза, кремнію (мг/дм³, мг/л); концен­трація поширених забруднюючих речовин — нафтопро­дуктів, синтетичних поверхнево активних речовин (СПАР), летючих фенолів, пестицидів і з’єднань металів (мг/дм³, мг/л).

За програмою скорочена-1 виконують:

• гідрологічні спостереження: витрата води (м³/с) на водотоках або рівень води (м) на водоймищах;

• гідрохімічні спостереження: візуальні спостере­ження, температура (°С), концентрація розчиненого кис­ню (мг/дм³, мг/л), питома електропровідність (См/см).

Виконання програми скорочена-2 передбачає:

• гідрологічні спостереження: витрата води (м³/с) на водотоках або рівень води (м) на водоймищах;

• гідрохімічні спостереження: візуальні спостере­ження, температура (°С), водневий показник рН, пито­ма електропровідність (См/см), концентрація завислих речовин (мг/дм³, мг/л), БСК₅ (мг/дм³, мг/л); концентра­ція двох-трьох забруднюючих речовин, основних для води в даному пункті (мг/дм³, мг/л).

При здійснені програми скорочена-3 проводять:

• гідрологічні спостереження: витрата води (м³/с), швидкість течії (м/с) при опорних вимірах витрати на водотоках або рівень води (м) на водоймищах;

• гідрохімічні спостереження: візуальні спостере­ження, температура (°С), концентрація завислих речо­вин (мг/дм³, мг/л); водневий показник рН; концентра­ція розчиненого кисню (мг/дм³, мг/л); ХСК (мг/дм³, мг/л); БСК₅ (мг/дм³, мг/л); концентрація речовин, що забруднюють воду в пункті спостережень (мг/дм³, мг/л).

До основних показників, що зумовлюють швидкість процесу самоочищення водного середовища, належать: температура (°С), водневий показник рН, концентрація розчиненого кисню (мг/дм³, мг/л), вміст органічних ре­човин (мг/дм³, мг/л). Контролювання цих показників передбачено всіма програмами.

Температура водного середовища є основним регуля­тором природних процесів у воді. Вона впливає на швидкість хімічних реакцій, функції білків всередині і між фізіологічними системами та органами тварин, то­му її вимірювання обов’язкове.

Показник рН визначають як від’ємний логарифм концентрації йонів водню. З його значенням пов’язаний фотосинтез у воді та багато хімічних і фізичних проце­сів. З’ясування електропровідності дає змогу оцінити концентрації деяких електролітів або загальних розчи­нених твердих частинок.

Обсяг концентрації розчиненого кисню є важливим показником, оскільки цей газ виконує основну роль при процесах обміну речовин в живих організмах, а також при утворенні та розчиненні вапна, гнитті органічних речовин.

Концентрація органічних речовин характеризує пе­ребіг хімічних та біологічних процесів у воді.

У пунктах першої категорії проводять спостережен­ня щоденно за програмою скороченою-1 в першому створі після скиду стічних вод. Крім того, в цьому ство­рі щоденно відбирають проби об’ємом не менше 5 л, які зберігають протягом 5 діб на випадок надзвичайних си­туацій (загибель риби, аварійні викиди). На цих пун­ктах спостереження проводять відбір проб щодекадно за програмою скорочена-2, щомісячно за програмою ско- рочена-3, протягом основних фаз водного режиму — за обов’язковою програмою.

У пунктах другої категорії візуальні спостереження проводять щоденно, щодекадно — за програмою скороче­на (1), щомісячно — за програмою скорочена-3, в основні фази водного режиму — за обов’язковою програмою.

У пунктах третьої категорії спостереження прово­дяться щомісячно за програмою скорочена-3, протягом основних фаз водного режиму — за обов’язковою прог­рамою.

У пунктах четвертої категорії спостереження прово­дяться в основні фази водного режиму за обов’язковою програмою.

Програми спостережень були розроблені для визна­чення якісного стану поверхневих вод на основі вимірю­вання певних параметрів якості води у контрольних створах і проведення її фізико-хімічного аналізу. Якість води оцінюють через порівняння гідрохімічних показників, визначених у пункті спостережень, зі вста­новленими нормами якості води. На основі отриманих даних можна визначити рівень забрудненості водного об’єкта і придатність води для використання.

Методи і терміни відбору проб

Режим моніторингу гідрологічних та гідрохімічних показників за обов’язковою програмою спостережень зумовлюється водним режимом ріки. На більшості во- дотоків відбір проб проводять 7 разів на рік: під час по­вені — на підйомі, максимумі, спаді; під час літньої межені — при найменшій витраті та при проходженні дощового паводка, восени перед льодоставом та під час зимової межені.

Повінь — фаза водного режиму річок, яка характеризується най­більшою водністю, значним, відносно тривалим підвищенням рів­ня води і спостерігається щороку в один і той же сезон.

Протилежне природе явище — межень — спостері­гається влітку у малодощову суху погоду і взимку.

Межень — фаза водного режиму річок, яка характеризується ма­лою водністю, тривалим збереженням низького рівня води і вини­кає внаслідок зменшення живлення водотоку.

Кількість проб, що відбирається для аналізу за обов’язковою програмою, може змінюватися залежно від особливостей водного режиму окремих водотоків:

• на водотоках з довгим паводком (більше місяця) проби води відбирають на підйомі, максимумі, на по­чатку та наприкінці спаду паводка (8 разів на рік);

• на водотоках зі стійкою літньою меженню та сла­бо вираженим осіннім підйомом води спостереження здійснюють 5—6 разів на рік;

• на тимчасових водотоках кількість спостережень не перевищує 3—4 на рік;

• на водотоках у гірських районах, залежно від типу водотоку, кількість спостережень коливається від 4 до 11.

Гідрохімічну інформацію про озера та водосховища збирають посезонно, тобто 4 рази на рік. Спостереження за хімічним складом води водоймищ поділяють на стан­дартні (обов’язкові) та спеціальні.

До стандартних спостережень належать регулярні спостереження за хімічним складом води в постійних пунктах, які характеризують стан водоймища за при­родних умов; регулярні спостереження за рівнем за­бруднення води в контрольних пунктах, які розміщені в районах найбільших випусків стічних вод.

До спеціальних спостережень відносять гідрохіміч­ні зйомки водоймища для оцінки поширення забрудню­вачів, вивчення процесів самоочищення, визначення запасів речовин в об’єкті, балансових розрахунків.

Правильність оцінки якості води забезпечує вико­нання таких умов:

• правильний відбір проб води належної кількості;

• репрезентативність проб, тобто відповідність до поставленого завдання як за якістю та об’ємом, так і за вибраними точками та часом відбору, а також технікою відбору, попередньої обробки, умов зберігання та тран­спортування.

Проба повинна характеризувати водоймище, водотік і якість води за певний проміжок часу. Ступінь харак­терності одиничної проби великій водній масі залежить від низки чинників: однорідності відібраної водної маси; кількості точок пробовідбору; розмірів окремих проб; способів відбору.

Попередня обробка, транспортування та зберігання проб повинні проводитися у такий спосіб, щоб склад во­ди майже не змінювався.

Проби поділяють на прості та змішані.

Прості проби характеризують якість води у певному пункті відбору, відбираються у визначений час у необ­хідному об’ємі.

Змішані проби об’єднують кілька простих проб з ме­тою характеристики якості води за певний період часу або певної ділянки досліджуваного об’єкта.

Залежно від мети дослідження вдаються до разового або регулярного відбору проб.

Разовий відбір проб застосовують, коли вимірювані параметри несуттєво змінюються в просторі (глибина, акваторія) водоймища і в часі; закономірності зміни па­раметрів, що визначаються, попередньо відомі; необхід­ні лише найзагальніші уявлення про якість води у во­доймищі.

Регулярний відбір проб означає, що кожну пробу від­бирають у часовій і просторовій взаємозалежності з ін­шими.

Стаціонарні спостереження передбачають відбір проб води для хімічного аналізу на стрижні потоку з глибиною 0,2—0,5 м. Якщо русло глибоке, а течія слаб­ка, доцільніше брати проби на різних глибинах. Проби переважно відбирають емальованим відром об’ємом 10 л. З відра водою наповнюють посудини для визначення рН, вмісту у воді кисню, діоксиду вуглецю, фіксують відсо­ток насичення води киснем, а також наповнюють водою пляшки для визначення біохімічного споживання кис­ню за 5 діб (БСК₅) і для подальшого аналізу в лаборато­рії. Проби для визначення концентрацій нафтопродук­тів, фенолів, синтетичних поверхнево активних речо­вин (СПАР), важких металів, пестицидів відбирають в окремі пляшки.

Для відбору проб використовують також спеціальні пристрої — батометри різних типів.

Батометр — прилад для відбору проб води з певної глибини з ме­тою визначення її фізичних властивостей та вмісту розчинених і

завислих речовин, а також гідробіонтів.

Батометр має відповідати таким вимогам: вода, що проходить крізь нього, не повинна в ньому затримува­тися; він повинен щільно закриватися; матеріал пробо­відбірника повинен бути хімічно інертний. На практиці Широко використовують горизонтальні, перекидні та автоматичні батометри. За допомогою батометра Мол- чанова проводять відбір проб води для визначення вмісту пестицидів. Відбір проб на значних глибинах (20—30 м) проводиться за допомогою батометра Рутнера.

Для зберігання проб використовують поліетилено­вий і скляний посуд. Перед використанням його миють концентрованою кислотою та споліскують водопровід­ною водою. Основні вимоги до посуду — міцність, стій­кість до розчинення, щільність закривання.

Консервування необхідне при відборі проб для ви­значення нестійких компонентів. їх аналізують не піз­ніше ніж через 3 дні після відбору. Проби зберігають при температурі 3—5°С в холодильнику. Взимку при температурі нижче 0°С відібрану пробу переносять у тепле приміщення, де проводять аналіз.

Аналіз якості поверхневих вод України свідчить, що в багатьох басейнах, особливо Дунаю, Дністра, Пів­денного Бугу, Дніпра, Сіверського Дінця, залишається високим вміст сполук важких металів, у деяких басей­нах — сполук азоту, нафтопродуктів, фенолів. Майже всі водні об’єкти, на яких проводяться спостереження, належать до забруднених та дуже забруднених. Порів­няно задовільний стан річок гірського Криму, однак і в цьому басейні збереглися високі концентрації азоту амонійного на річках Ускют і Таракташ.

Дослідження свідчать, що суттєвого поліпшення якості поверхневих вод за гідрохімічними показниками не відбувається, хоча окреслилась незначна тенденція до зниження рівня забрудненості. Деяке зменшення вмісту азоту амонійного, азоту нітритного спостеріга­лось на річках басейнів Дунаю і Дністра. У воді Дніп­ровських водосховищ і річок Західного Бугу зменшився вміст сполук міді, однак він зріс у воді річок басейну Південного Бугу, вміст сполук цинку підвищився в річ­ках басейну Дніпра.

Те, що процес моніторингу поверхневих вод здійс­нюється переважно за допомогою традиційних фізи- ко-хімічних аналізів проб води, утруднює визначення рівнів впливу мікрозабруднювачів (важких металів, пестицидів, хлорованих вуглеводнів), шкідливих на­віть за низьких концентрацій. Моніторинг таких за­бруднювачів доцільно було б здійснювати за допомо­гою аналізу біологічних показників і проб донних від­кладень.

4. Гідробіологічні спостереження

У водному середовищі зосереджені складні комплек­си різноманітних хімічних сполук, вплив яких на живі організми відрізняється від дії їх складових. У резуль­таті перетворення забруднюючих речовин, а також їх взаємодії у водному середовищі утворюються хімічні з’єднання, які важко піддаються аналізам. Багатьом з них притаманні молекулярна стійкість і висока токсич­ність з вираженим мутагенним ефектом, тому контроль за забрудненням водного об’єкту лише фізичними та хі­мічними чинниками недостатній. З 1974 р. здійснюєть­ся систематичний моніторинг поверхневих вод за гідро­біологічними показниками.

Основні гідробіологічні показники якості води

Спостереження за гідробіологічними показниками поверхневих вод здійснюють з метою одержання об’єк­тивних даних, накопичення яких необхідне для вияв­лення довготривалих змін у водних екосистемах.

Гідробіологічні показники — кількісні та якісні характеристики

різних груп водного населення, що використовуються для оцінки

еколого-санітарного стану водних екосистем.

Гідробіологічні показники дають змогу:

• визначати екологічний стан водних об’єктів;

• оцінювати якість поверхневих вод як середовища життя організмів, що населяють водоймища, водотоки;

• визначати сумарний ефект дії забруднюючих ре­човин;

• визначати специфічний хімічний склад води та її походження;

• перевіряти наявність або відсутність повторного забруднення вод;

• виявляти довгострокові зміни, що відбуваються у водних об’єктах.

Вони також є допоміжною інформацією при визна­ченні умов скиду, характеру та меж поширення стічних вод; при дослідженні біотрансформації забруднюючих речовин; при боротьбі з цвітінням води та заростанням водоймищ вищими рослинами; при проектуванні гідро­технічних споруд тощо.

Натепер усереднюючого гідробіологічного показника не існує. Якість води визначають, оцінюючи реакцію гід­робіонтів на забруднення. Індикаторами-гідробіонтами є зообентос, перифітон, зоопланктон і фітопланктон.

Зообентос — сукупність донних тварин, що живуть на дні або в

грунті морських і прісних водойм.

Зообентос формують представники майже всіх груп водних організмів — починаючи від найпростіших і за­кінчуючи рибами. Деякі тварини можуть постійно або тимчасово прикріплятися до ґрунту, інші — живуть або плавають біля самого дна. Зообентос морів утворюють форамініфери, губки, кишковопорожнинні, плечоногі, молюски, ракоподібні. У прісних водоймищах він пред­ставлений найпростішими, губками, війковими та мало­щетинковими червами, п’явками, молюсками, ракопо­дібними.

Стан зообентосу характеризує зміни водного середо­вища протягом тривалого часу. Вивчення зообентосу, відібраного в різних місцях водоймища, дає змогу одер­жати інтегральні оцінки якості води та ступеня забруд­нення донних відкладень.

Перифітон — поселення водних рослин і тварин на підводних ске­лях, камінні, річкових суднах, сваях та інших об'єктах.

Основою перифітону є прикріплені гідробіонти, ву- соногі ракоподібні, двостулкові молюски, губки, черви, водорості. Дослідження перифітону використовують для оцінювання усередненої якості води водного об’єкта протягом довготривалого періоду часу, а також встанов­лення фактів забруднення водного об’єкта (за рахунок накопичення токсикантів) у тому разі, коли в момент спостереження вода уже повністю самоочистилася.

Зоопланктон — сукупність тварин, що населяють водну товщу та

пасивно переносяться течіями.

У прісноводному зоопланктоні переважають весло­ногі, коловертки; у морському — ракоподібні, найпрос­тіші, кишковопорожнинні (медузи, гребневики), кри­лоногі молюски, яйця та личинки риб. Зоопланктон є достатньо надійним індикатором якості води в малопро- точних водоймищах, озерах, водосховищах та ставках. Його досліджують для отримання характеристик якості води в пунктах спостереження за порівняно короткий період часу.

Фітопланктон — сукупність рослинних організмів, які населяють товщу води морських та прісних водоймищ і пасивно переносять­ся течіями.

Морський фітопланктон утворюють переважно діа­томові водорості, перідіней і коколітофоріди; прісно­водний — діатомові, синьо-зелені та деякі групи зеле­них водоростей. Фітопланктон характеризує якість вод­них мас, де проходив його розвиток, тому на водотоках забирають проби фітопланктону, які використовують для одержання інформації про рівень забруднення на ділянках, розміщених за течією вище від пунктів спо­стережень.

За допомогою аналізування гідробіологічних показ­ників можна встановлювати рівень забруднення водно­го об’єкта як на окремій досліджуваній ділянці, так і поза нею (вище і нижче пункту спостережень). Вивчаю­чи вміст мікрозабруднювачів, що накопичилися у тка­нинах риб, молюсків, водяного моху, на дні озер, водо­сховищ і рівнинних річок, можна встановити динаміку надходження забруднення до водного об’єкта.

Гідробіологічні спостереження за якістю води і донними відкладеннями. Повна і скорочена програми спостережень. Правила відбору проб

Моніторинг гідробіологічного стану водотоків здійс­нюють на стаціонарній гідрометричній мережі за про­грамами, зумовленими категорією пункту спостережен­ня. Комплекс гідробіологічних показників якості поверх­невих вод визначається насамперед еколого-зональним типом водного об’єкта, складом і об’ємом стічних вод, їх токсичністю, потребами споживачів води. З’ясування гідробіологічних показників обов’язкове для всіх пун­ктів спостереження. Моніторинг проводять за скороче­ною та повною програмами.

У пунктах І та II категорій спостереження за гідробіо­логічними показниками рекомендують проводити що­місячно за скороченою програмою, щоквартально за повною програмою; в пунктах III категорії спостере­ження проводять щомісячно за скороченою програмою тільки у вегетаційний період та щоквартально за пов- ною програмою; в пунктах IV категорії спостереження слід проводити щоквартально за повною програмою.

Повна програма гідробіологічних спостережень пе­редбачає визначення таких показників:

• щодо фітопланктону: загальна кількість клітин (10³ клітин/см³, клітин/мл); загальна кількість видів; загальна біомаса (мг/дм³, мг/л); кількість основних груп (10³ клітин/см³, клітин/мл); біомаса основних груп (мг/дм³, мг/л); кількість видів у групі; масові види та ви- ди-індикатори сапробності (найменування, частка в за­гальній кількості, сапробність — насиченість природ­ної води та донних відкладень водойм і водотоків орга­нічними речовинами, здатними розкладатися);

• щодо зоопланктону: загальна кількість організ­мів (екз/м³); загальна кількість видів; загальна біомаса (мг/м³); чисельність основних груп (екз/м³); біомаса ос­новних груп (мг/м³); кількість видів у групі; масові ви­ди та види-індикатори сапробності (найменування, час­тка у загальній кількості, сапробність);

• щодо зообентосу: загальна чисельність (екз/м³); загальна кількість видів; загальна біомаса (г/м²); кіль­кість груп за стандартним розбором; кількість видів у групі; чисельність основних груп (екз/м²); біомаса ос­новних груп (мг/м²); масові види та види-індикатори сапробності (найменування, доля в загальній чисель­ності, сапробність);

• щодо перифітону: загальна кількість видів; масо­ві види, частота повторюваності, сапробність; мікробіо­логічні показники; загальна кількість бактерій (10⁶ клі­тин/см³, клітин/мл).

Скорочена програма спостережень за гідробіологічни­ми показниками охоплює з’ясування таких показників:

• щодо фітопланктону: загальна чисельність клі­тин (10³ клітин/см³, клітин/мл); загальна кількість ви­дів; масові види та види-індикатори сапробності (найме­нування, доля в загальній чисельності, сапробність);

• щодо зоопланктону: загальна чисельність орга­нізмів (екз/м³); загальна кількість видів;

• щодо зообентосу: кількість груп за стандартним розбором; кількість видів у групі; чисельність основних груп (екз/м²);

• щодо перифітону: загальна кількість видів; масо­ві види, частота повторюваності, сапробність.

Точність і якісність спостережень забезпечує пра­вильний відбір проб. Для кількісного обліку фітоплан­ктону проби відбирають батометром послідовно з гори­зонтів: поверхня води, 1; 2,5; 5; 10; 20 м і т.д. Відібрані з кожного горизонту проби зливають у чисте відро, пе­ремішують і відбирають пробу об’ємом 0,5 л. Її консер­вують, додаючи 5 мл формаліну. На малих ріках та на мілководних ділянках відбір проб проводять простим зачерпуванням 0,5 л води з верхнього горизонту (0,2 м).

Для якісного обліку фітопланктону проби відбира­ють планктонною сіткою. У глибоких місцях прово­диться тотальний лов від дна до поверхні, а на мілині фітопланктон відбирають, проціджуючи крізь сітку не менше ЗО л води. Після закінчення вилову осад злива­ють в окремий посуд і консервують.

Відбір проб зообентосу для якісного аналізу прово­дять з поверхні або товщі донного ґрунту, а також на доступній глибині з водною рослинністю в прибережній зоні водного об’єкта на ділянці довжиною 50 м в один та другий бік від створу. Живі організми з водних рослин збирають сачком або скребачкою. Відібрану пробу фік­сують 4 % розчином нейтралізованого формаліну (1 час­тина 40 % розчину формаліну на 3 частини води). Збір зообентосу з ґрунту здійснюється за допомогою скребка. На доступній глибині зрізають шар ґрунту і переносять у відро. Обсяг проби становить половину відра. Для від­окремлення тварин від ґрунту використовують сачок- промивач. При промиванні частина ґрунту проходить крізь сітку, а залишок змивається в центральну частину мішка. Вміст мішка зливають у банку. Обсяг ґрунту з тваринами повинен становити не більше половини бан­ки. Пробу консервують 4 % розчином формаліну.

Відбір проб перифітону з поверхні свай, дамб, мостів та інших споруд здійснюють за допомогою ножа, пінце­та, ложки. Відібрані проби вміщують у банки, залива­ють на 2/3 водою і консервують за допомогою 1 мл 40 % розчину формаліну.

5. Гідробіологічні спостереження доповнюють інфор­мацію, отриману за допомогою гідрохімічних і хіміч­них спостережень. Отримані комплексні дані дають змогу з достатньою точністю і повнотою охарактеризу­вати стан досліджуваних об’єктів водного середовища, сприяють достовірності прогнозування і виробленню за­ходів для зниження рівня забруднень.Прилади і системи контролювання забруднення водного середовища

Точність, достовірність, комплексність оцінювання забруднень водного середовища забезпечує викорис­тання нових, сучасних приладів моніторингу. Остан­нім часом у всьому світі впроваджуються автоматизо­вані системи контролю. Вони поки що виконують не всі необхідні функції, однак їх перевагою є безперервність вимірювань.

Автоматизовані системи дають змогу автоматично здійснювати відбір проб води, вимірювання, оброблен­ня та передавання інформації. Прискорення і практич­но безперервне одержання інформації про якість води за допомогою автоматизованих систем контролю зумов­лює необхідність їх широкого використання при моні­торингу якості вод суші.

Технічні засоби оперативного контролювання якості природних вод. Оперативне контролювання хі­мічного складу природних вод забезпечує автоматизована система контролю якості води АСЯНС-ВГ (автоматизова­ні спостереження якості навколишнього середовища — водний горизонт), створена вченими Гідрохімічного інс­титуту Держкомгідромету.

Автоматизована система контролювання якості води — ком­плекс технічних засобів, що вимірюють у часі і просторі фізичні, хі­мічні і біологічні показники якості води, передають інформацію на центральний пункт управління і попереджають про порушення норм водокористування.

Єдину систему моніторингу формують три рівні — засоби оперативного автоматичного контролю забруд­нення вод; пересувні і стаціонарні гідрохімічні лабора­торії; центр опрацювання інформації, отриманої від ав­томатичних станцій, пересувних і стаціонарних лабо­раторій.

Засоби оперативного автоматичного контролю­вання забруднення вод. їх поділяють на дві групи — автоматичні станції контролю якості води (АСКЯВ), або монітори, і аналізатори. За їх допомогою визнача­ють низку показників якості води таких, як катіони та

аніони, а також мінеральні речовини, специфічні (наф­топродукти, важкі метали, пестициди та ін.) та органіч­ні забруднювачі.У табл. 4.4, 4.5 наведено показники якості води, які можуть бути рекомендовані для автома­тичних визначень, а в табл. 4.6 — методи, які викорис­товують для автоматизації аналізу поверхневих вод.

Т аблиця 4.4 Метод	Показники, що вимірюються
Електрохімічні методи
Потенціометрія (нонометрія)	рН, ЕЬ, СГ, Р*, Ш+, Шз“, Бг" та ін.
Кулонометрія (кулоно- метричне титрування)	І\ГН4+, Ммг, Ав, Бе, ЄЬ, и, Се, органічні сполуки
Кондуктометрія (кондуктометричне титрування)	Питома електрична провідність води, загальна мінералізація, деякі йони (Б042 , С<і, РЬ, Си, БЬ, Ві, Ав та ін.), Ог (розчинений кисень, первинна продукція та деструкція БСК); органічні речовини (пестициди, феноли)
Полярографія (хронопотенціометрія)
Спектрометрія
Фотоколориметрія	Головні йони (Саг, Мб2+, Ка+, СГ, Б042 ), біогенні речовини, важкі метали, феноли, ХСК
УФ-спектроскопія	Загальний органічний вуглець
ІЧ-спектрофотометрія	Органічні речовини (лігнін, нафтопродукти та ін.)
Люмінесценція (флюорисценція)	Органічні речовини (гумусові речовини, хлорофіл та продукти його розпаду, нафтопродукти), канцерогенні речовини
Атомна абсорбція	Важкі метали (Си, 2п, №, Со, Ке, Ссі, Ві, Н0), лужні та лужноземельні метали
Рентген-спектрометрія	Ав, ве, Те, Ві та ін.
Хроматографія
Газорідинна хроматографія	Органічні речовини (пестициди, вуглеводні, органічні кислоти, аміни та ін.)
Комбіновані органічні речовини
Хроматомас-спектрометрія	Органічні речовини
Газова (колоночна, тонкостінна) хроматографія +УФ- (14-, люмінесцентна) спектрометрія.	Нафтопродукти
Фотохімічне (хімічне) спалювання + 14 — спектро­метрія (кулонометрія)	Загальний органічний вуглець
Фотохімічне (хімічне) спалю­вання + фотоколориметрія	Загальний органічний фосфор, загальний органічний азот

Методи, які використовуються для автоматизації аналізу поверхневих вод

Таблиця 4.6

Автоматична станція контролю якості води (АСКЯВ). Це комплексний багатофункціональний пристрій, що дає змогу без участі людини швидко отри­мувати, опрацьовувати, зберігати і передавати в центр інформацію про фізичні властивості і хімічний склад поверхневих вод. Типовий перелік показників, які ви­значаються АСКЯВ, наведено в табл. 4.7.

Таблиця 4.7 Типовий перелік показників, що визначаються ланками автоматизованої системи контролю якості води Показник	АСКЯВ	пгхл	сгхл
1	2	3	4
Ь (глибина)	+
Т, °С	+	+
Мутність	+	+
X	+	+
рН	+	+
ЕЬ	+	+
о2	+	+	+
СІ	+	+	+
Б04			+
N03"	+	+	+
Ш2"	+	+	+
Р04"	+	+	+
НСОз"		+	+
СОз2“		+	+
Б1-	+	+	+
УФ- світлопропус- кання	+
Б2'			+
СИ~		+	+
N3+	+	+	+
К+	+		+
Са2+	+		+
ме2+			+
ИН4+	+	+	+
^Єзаг	+	+	+

Моніторинг поверхневих вод Закінчення таблиці 4.7 1	2	3	4
Си2+	+	+	+
Zn2+		+	+
Сг3+		+	+
Sr2+			+
Cd2+	+		+
Hg+	+		+
Pb2+	+		+
Mn			+
As3+			+
SiO	+		+
XCK		+	+
Copr	+	+	+
Nopr		+	+
Жири			+
БСК			+
СПАР			+
Феноли			+
Нафтопродукти		+	+
Сума органічних кислот			+
Пестициди			+
Р орг			+

Аналізатори. До них відносять прилади, що дають змогу отримувати дані про хімічний склад води в умовах лабораторій або безпосередньо на місці біля водного об’єкта автоматичним або напівавтоматичним способом.

Пересувні гідрохімічні лабораторії (ПГХЛ). Вони забезпечують оперативне контролювання якості води, яке неможливо здійснити за допомогою АСКЯВ, одер­жують інформацію безпосередньо на водному об’єкті й одночасно доставляють проби для детального аналізу в стаціонарних лабораторіях.

Стаціонарна гідрохімічна лабораторія (СГХЛ). У постійній, непересувній гідрохімічній лабораторії можна робити хімічний аналіз води, визначати багато компонентів її хімічного складу, отримувати ту інфор­мацію про якість води, яку неспроможні надати АСКЯВ і ПГХЛ.

Центр оброблення гідрохімічної інформації. Зав­данням центру є опрацювання, систематизація і інтер­претація інформації, одержаної від АСКЯВ, ПГХЛ, СГХЛ; організація зв’язку з усіма ланками АСЯНС-ВГ і споживачами інформації; технічне обслуговування за­собів; збирання, перевірка на достовірність, опрацюван­ня, збереження і надання користувачам різноманітних видів інформації, зокрема оперативних короткостроко­вих прогнозів стану водного об’єкта.

Кількість спостережень, які здійснюються на різно­манітних рівнях АСЯНС-ВГ залежно від поставлених завдань, коливається від 1—4 на місяць до 12 за добу. їх доцільно виконувати в басейнах річок, де є напружений водний баланс. При цьому АСЯНС-ВГ стають частиною загальної системи управління якістю води, що сприяє оптимізації водоохоронних заходів.

Будова і принцип дії' автоматичних систем контролю якості води

Практично усі автоматичні системи контролювання якості поверхневих вод, як закордонні, так і вітчизняні, діють за однаковим принципом. Система складається з датчикової частини, яка розміщується в різних точках підконтрольного водного середовища, апаратури для пе­редавання інформації і центральної станції для прийому та реєстрації аналогових і цифрових сигналів. Різниця між системами полягає в способі дії та особливостях бу­дови окремих блоків, ступені автоматизації одержання та оброблення інформації та остаточного результату.

Найпоширенішими є способи розміщення блоку дат­чиків:

• безпосередньо у водоймі, коли на тросі спускають блок, з’єднаний з приладом, розміщеним на березі. Пе­ревага способу полягає в тому, що інформація надхо­дить у визначену точку без транспортного запізнення та пов’язаних з ним похибок. Однак експлуатація такого блоку утруднена, бо його необхідно часто виймати для очистки від організмів, якими він обростає у воді, та пе­ревірки. Цей метод практично не застосовується на рі­ках зі складним гідрологічним режимом та в районах із суворим кліматом;

• у нижній частині автоматичної станції в спеці­альному відсіку, куди воду подають із заданої точки водоймища зануреним насосом. Цей спосіб конструк­тивно простіший та надійніший. Його недоліками є транспортне запізнення одержання інформації і по­хибки внаслідок можливого обростання водними орга­нізмами внутрішньої поверхні шланга, яким подають воду. Метод застосовують в більшості закордонних конструкцій.

Для передавання інформації про виміряні парамет­ри на центральну станцію застосовують аналоговий та цифровий методи. Перший метод є зручним та простим в реалізації, другий — забезпечує високу точність, але потребує додаткових витрат на апаратуру перетворення аналогових сигналів на цифрові. Передавати інформа­цію можна телефоном, телеграфом, радіо та електрон­ною поштою. Реєструють і зберігають інформацію за до­помогою самописців, перфораторів, записів на магніт­них або електронних носіях. Для управління роботою всіх систем використовують ЕОМ.

В Україні найширше застосовують автоматичну станцію контролю поверхневих вод (АСКПВ) і автома­тичну станцію контролю забруднення вод (АСКЗВ-Г).

Автоматична станція контролю поверхневих вод (АСКПВ). Вона складається з таких функціональних частин: насосно-гідравлічної системи (НГЧ), вимірю­вальної частини (ВЧ), електронно-перетворюючої части­ни (ЕПЧ), апаратури передавання даних (АПД), цент­ральної станції (ЦС).

Основою станції є насосно-гідравлічна частина (НГЧ), яка забезпечує забір контрольованої води на од­ному або двох рівнях (в глибину) і її доставку (без зміни фізико-хімічних показників) до первинного перетворю­вача вимірювальної частини. НГЧ компонується з водо­забірних пристроїв, занурених насосів з електроприво­дами та трубопроводів.

Вимірювальна частина (ВЧ) забезпечує одержання нормованих електричних сигналів, які несуть інформа­цію про виміряні фізико-хімічні показники: температу­ру, рівень води, концентрацію розчиненого кисню, рН, окисно-відновний потенціал, електропровідність, кон­центрацію завислих речовин, йони міді та сульфідів. Її утворюють блок первинних і блок нормованих перетво­рювачів.

Електронно-перетворююча частина (ЕПЧ) забезпе­чує програми вимірювання, первинної обробки даних, подання інформації у формі, зручній для використання на місцях та передавання каналами зв’язку. ЕПЧ забез­печує дотримання заданих алгоритмів функціонування усіх пристроїв автоматизованої системи контролю води, виконує функції контролю технічного стану пристроїв, аварійного захисту та сигналізації.

Апаратуру передачі даних (АПД) використовують для інформування центральної станції, яка, в свою чер­гу, оперативно реагує на зміни якості води.

АСКПВ дає змогу проводити аналіз води з періодич­ністю ЗО хв., 1, 2, 3, 6, 12 год., а також згідно з вказівка­ми диспетчерського пункту. Періодичність включення станції встановлюється відповідно до необхідної частоти замірів. Періодичне вимкнення ВЧ станції проводиться через коливання напруги за командами ЕПЧ. Розміщу­ють ВЧ станції в опалюваних приміщеннях на березі водного об’єкта, на свайних опорах, опорах гідротехніч­них споруд. ВЧ станції нормально функціонує при тем­пературі повітря 5—40°С.

Автоматична станція контролю забруднення вод (АСКЗВ-Г). Ця станція комплектується з вимірю­вально-пробовідбірної частини (ВПЧ), обладнання зби­рання та оброблення інформації (ОЗОІ), апаратури пере­давання даних (АПД).

Вимірювальна пробовідбірна частина (ВПЧ) забез­печує автоматичне вимірювання фізичних властивос­тей і хімічного складу поверхневих вод, передавання результатів вимірювання на станцію у вигляді уніфі­кованих сигналів. Ця частина складається з 17 прила­дів та пробовідбірного пристрою, який розрахований на розміщення 24 проб (об’ємом 1л кожна). Прилади дають змогу вимірювати 7 загальних показників — температуру, рН, окислювально-відновний потенціал, концентрацію розчиненого кисню, електропровід­ність, мутність, рівень води; визначати забруднюючі речовини за допомогою йоноселективних електродів з пристроями фізико-хімічної підготовки проби рН, рСІ-, рЖ)₃-, рГ-, рМа+; визначати забруднюючі речо­вини Са²⁺, Ге³⁺, Сг⁶⁺, РО^3-, N0^ за допомогою автоматич­них фотоколориметрів та УФ-світлопоглинання природ­ної води. Вимірювання проводять в діапазоні від ЗО хв. до 12 год.Обладнання для збирання та оброблення інформації (ОЗОІ) слугує для узагальнення даних про вимірювані параметри і визначення фізико-хімічного складу поверх­невих вод. За допомогою ЕОМ, яка входить до його складу, реалізуються такі функції: цифрова фільтрація сигналів датчиків; програмна корекція характеристик первинних перетворювачів та автоматичний вибір робо­чого діапазону. За заданою програмою вхідні сигнали вимірюються, масштабуються та усереднюються залеж­но від алгоритму оброблення інформації. Після закін­чення циклу усереднення, який може змінюватися в ме­жах 0,5,1,2, 3, 6,12 год., оброблена інформація перепи­сується в буферну пам’ять і виводиться на регулюючий пристрій (перфоратор, телетайп). Записана інформація каналами зв’язку через АПД за командою з центральної станції передається в центр обробки інформації.

Обидві системи можуть контролювати від 2 до 50 створів.

За кордоном розроблені різноманітні автоматичні системи контролю забруднення водного середовища. Аналіз закордонних розробок свідчить, що найпошире­нішими є автоаналізатори, основані на дискретному ме­тоді аналізу. Загальним для всіх систем є модульна по­будова, простота обслуговування та сумісність вихідних сигналів з ЕОМ. Відрізняються системи кількістю та складом параметрів, які підлягають контролюванню.

Аналізатори контролю якості води. Сучасні ана­лізатори ґрунтуються на використанні фізико-хімічних методів аналізу — спектрофотометричних, потенціо­метричних, кондуктометричних, полярографічних, а також низки інших методів та їх різноманітних комбі­націй. Кількість показників, які здатні обробити аналі­затори, коливається в межах ЗО—40. У вітчизняній практиці найпоширеніші аналізатори АМА-201 та АМА-201А.

Аналізатор АМА-201 вимірює до 11 фізико-хімічних показників як повністю автоматизована ланка системи контролю. Він є багатофункціональним комплексом от­римування та передавання на центральну станцію об­робки інформації оперативних даних про фізико-хіміч- ні показники контрольованого об’єкта. Періодичність вимірювання коливається в межах 1; 1,5; 2; 3; 4 год. Обслуговування персонал проводить 1 раз у 15 діб під час профілактичного огляду або після ремонтних робіт.

Аналізатор АМА-20ІА відрізняється від попередньо­го досконалішою структурою, поліпшеною елементною та конструктивною базами. Він здатен контролювати 19 параметрів, при одночасному вимірі — 16.

Використовують також аналізатори контролю якості води для роботи в автоматичному режимі в лаборатор­них умовах. Так, аналізатори МБХА-1, АПВ-102, ІВА-1, КАП-105 дають змогу визначати від 5 до 25 інгредієнтів з продуктивністю від 60 до 240 вимірювань за годину.

Використовуючи автоматизовану або автоматичну станції контролю якості води, можна контролювати водні об’єкти за кількома параметрами одночасно. Ці пристрої і прилади забезпечують відбір проб води безперервно або через певні проміжки часу. У разі виникнення надзвичай­ної ситуації (перевищення норми концентрації забрудню­вача) станції переходять у аварійний режим роботи, тобто фіксують вимірювані параметри у визначені проміжки часу з одночасним відбором проб, а також сигналізують про таку ситуацію на центральну станцію.

6. Оцінювання і прогнозування якості води

Для вирішення багатьох водоохоронних завдань не­обхідна узагальнена інформація про стан водних об’єк­тів, яка дає змогу комплексно оцінювати як ступінь їх забрудненості, так і здатність до самоочищення. Оціню­вання і класифікація якості води базуються на системі контрольних показників, з якими порівнюється якість досліджуваної води. Застосовують одиничні, опосеред­ковані (непрямі) та комплексні оцінки забрудненості поверхневих вод за гідрохімічними показниками. Саме комплексні оцінки дають точнішу і об’єктивнішу ін­формацію про якість поверхневих вод.

Комплексне оцінювання забрудненості поверхневих вод — ін­формація про забруднення або про якість води, виражена за до­помогою певних систем показників або обмеженої сукупності ха­рактеристик її складу і властивостей, які порівнюються з критері­ями якості води чи нормами для певного виду водокористування чи водоспоживання.

Оцінювання проводять не тільки з метою встанов­лення ступеня забрудненості вод або аналізу придатнос­ті їх для певних видів водокористування, а і з метою прогнозування змін її хімічного складу.

Прогнозування якості поверхневих вод — наукова діяльність, спрямована на виявлення і вивчення можливих альтернатив май­бутнього розвитку загального стану та змін якісних і кількісних ха­рактеристик води.

Прогнозування хімічного складу природних вод має надзвичайно важливе значення для розвитку усіх галу­зей водогосподарського комплексу, промисловості, сільського господарства, рекреаційних зон, екологіч­них заходів.

Оцінювання природної якості води в період маловодної фази стоку

Природна якість води річок і озер є тим фоном та ос­новою, на яких відбуваються якісні зміни стану водного об’єкта, спричинені антропогенними діями. Кількісну оцінку хімічних інгредієнтів здійснюють за результата­ми аналізу одиночних проб води в пунктах гідрометрич­них вимірів. Дані гідрохімічного аналізу дають змогу одержати відомості про якість води лише в пунктах від­бору проб води. Загальну інформацію про якість води недостатньо вивчених рік можна отримати на основі дослідження даних гідрохімічних характеристик місце­вого стоку, тобто хімічних інгредієнтів, які утворюють­ся в результаті розчинення неорганічних і органічних сполук у товщі ґрунтів, що утворюють водозбори малих річок. Хімічний склад води великих та середніх рік є наслідком змішування різних за складом вод, які фор­муються на малих річках.

Досліджуючи природну якість води, звертають увагу також на її генезис (походження), зважаючи на те, що:

• у період повені або суттєвих паводків у ріці пере­важають води, які формуються на поверхні водозбору та в ґрунтовій товщі;

• на спаді повені або великих за об’ємом паводків річкова мережа заповнюється водами ґрунтового поход­ження;

• у період межені в русловій мережі переважають підземні води.

Отже, природна якість води змінюється протягом року. На основі досліджень проводять картування (пе­реведення натурного оригіналу у графічну модель) хі­мічних характеристик вод різного походження. Це дає змогу отримати інформацію про кількість хімічних ін­гредієнтів місцевого стоку мало досліджених річок в різ­ні фази водності, а також про їх гідрохімічний режим.

Оскільки малі річки найлегше забруднюються, то для оцінки фонового стану якості води необхідно ре­тельно аналізувати вихідні дані та не брати до уваги при аналізі створи із суттєво порушеним гідрохімічним ре­жимом.

При визначенні хімічного складу місцевого стоку малих річок необхідно дотримуватися певних умов:

• поверхня водозбору має бути однорідною за рельє­фом, з малими перепадами висоти;

• басейн водотоку повинен бути сформований поро­дами одного літологічного складу і не мати суттєвого притоку підземних вод з-поза меж водозбору;

• ґрунтовий покрив водозбору мусить бути одно­рідним за ступенем засоленості хлоридами, сульфа­тами;

• переважаюча рослинність повинна займати 70—75 % площі водозбору;

• формування фаз водності має відчуватися одно­часно на всьому водозборі.

Карти складаються за даними середніх багаторічних значень хімічних інгредієнтів, які характерні для пев­ної фази стоку. При аналізі мінералізації та хімічного складу вод дані про мінералізацію позначаються на кар­ті ізолініями. Крок ізоліній залежить від діапазону коли­вань мінералізації та масштабу карти. Переважно його приймають кратним 10 або 100 мг/л. Дані про хімічний склад води наносять на карту у вигляді значень вмісту аніонів і катіонів, виражених у відсотковому еквіваленті. Межі районів визначають границями коливань значень в відсотковому еквіваленті. В один район переважно об’єд­нують значення, які відрізняються від середнього по ра­йону на 10—15 %.

Крім карт, для оцінки якості природних вод вико­ристовують статистичні методи, які базуються на побу­дові емпіричних кривих та встановленні кореляційних залежностей між різними хімічними інгредієнтами складу води. Математичні розрахунки дають змогу за визначеним показником оцінювати і деякі інші.

Оцінювання якості води в річках і водоймищах в умовах антропогенної дії

При використанні водного об’єкта з конкретною ме­тою необхідно оцінити властивості та склад води з точки зору їх придатності для водокористування, тобто оціни­ти кількість та якість води. Багаторічні та сезонні коли­вання річкового стоку і запасів прісних вод у водоймах зумовлюють нерівномірність розподілу в часі обсягу вод­них ресурсів. Проблеми з водозабезпеченням виникають у маловодні періоди, коли на річках спостерігається різ­ке зменшення витрат води, а на озерах — падіння рівня. Меженний період на річках може продовжуватись про­тягом літньо-осінньо-зимового періодів, що становить 6—8 місяців. Меженний стік у десятки і навіть сотні ра­зів менший від стоку повені і паводків. Мінімальний стік територією розподіляється дуже нерівномірно. Це лімітує водоспоживання, що разом зі збільшенням об’єму стічних вод зумовлює необхідність комплексно­го вирішення проблеми водозабезпечення, тому інфор­мація про формування якості води в період низького стоку особливо важлива.

Відповідно до Водного кодексу України оцінка якос­ті води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки водокористування та екологічних нормативів якості води водних об’єктів.

Оцінка якості води на основі нормативів екологіч­ної безпеки водокористування. Діючі нормативи да­ють змогу оцінити якість води, яка використовується для комунально-побутового, господарсько-питного та рибогосподарського водокористування. До комунально- побутового водокористування належить застосування водних об’єктів для купання, занять спортом та відпо­чинку. Господарсько-питне водокористування охоплює використання водних об’єктів як джерел господарсько- питного водопостачання та для водопостачання підпри­ємств харчової промисловості. До рибогосподарського водокористування відносять експлуатацію водних об’єктів як середовища існування риб та інших водних організмів. Водні об’єкти рибогосподарського призна­чення поділяють на об’єкти вищої категорії — місця розміщення нерестилищ, масового нагулу та зимуваль­них ям особливо цінних видів риб та інших промисло­вих водних організмів, а також охоронні зони госпо­дарств будь-якого типу для штучного розведення та ви­рощування риб, інших водних рослин і тварин; об’єкти першої категорії — водні об’єкти для збереження і від­творення цінних видів риб, що мають високу чутливість до вмісту кисню та об’єкти другої категорії — водні об’єкти, що використовуються для інших водогосподар­ських цілей. Різні ділянки одного водного об’єкта мо­жуть належати до різних категорій водокористування.

Придатність води для забезпечення народногоспо­дарських потреб визначається через оцінювання її хі­мічного, фізичного та біологічного показників. Ці по­казники є диференційованими, оскільки вимоги до якості води визначаються видом водокористування. Найбільш жорсткі норми якості води передбачені при використанні її для питних потреб.

Нормативна база оцінки якості води формується на основі загальних вимог до складу та властивостей води і значень гранично допустимих концентрацій речовин у воді водних об’єктів. Загальні вимоги визначають допус­тимі склад та властивості води, які оцінюються найваж­ливішими фізичними, бактеріологічними та узагальне­ними хімічними показниками. Вони можуть задаватися у вигляді певної величини, зміни значення показника в результаті впливу зовнішніх факторів або у вигляді якісної характеристики показника.

Гранично допустима концентрація (ГДК) — рівень концентрації речовин у воді, за перевищення якого вона вважається непридат­ною для певного виду водокористування.

Усі речовини за характером негативного впливу по­діляють на 5 груп. Кожна група об’єднує речовини одна­кової ознаки впливу, яку називають ознакою шкідли­вості. Одна і та ж сама речовина у різних концентраціях може спричинювати різні ознаки шкідливості.

Лімітуюча ознака шкідливості (ЛОШ) — ознака шкідливості, яка з'являється при найменшій концентрації речовини.

До І групи віднесені речовини, до яких висуваються загальні вимоги щодо обсягу розчиненого кисню, БСК₅, зважених речовин, водневого показника (рН), мінералі­зації; ознака шкідливості — загальносанітарна. У II групу увійшли речовини із санітарно-токсикологічни- ми лімітуючими ознаками шкідливості: 80₄, СІ, Са, М^, К, N03, Сг; ознака шкідливості — санітарно-токси- кологічна. До III групи належать речовини токсиколо­

гічної ЛОШ ДО — Ї*Н₄, N — N02, СПАВ, Си, Zn, №); оз­нака шкідливості — токсикологічна. До IV групи відно­сять речовини рибогосподарських ЛОШ: феноли, наф­топродукти; ознака шкідливості — рибогосподарська. V група охоплює речовини з органолептичними ЛОШ: Ге_заг та ін.; ознака шкідливості — органолептична.

Оцінюючи якість води у водоймах комунально-побу- тового та господарсько-питного водокористування, з’ясовують також клас шкідливості речовини. Його ви­значають залежно від токсичності, кумулятивності, му­тагенності та ЛОШ речовини. Розрізняють чотири кла­си шкідливості речовин: перший — надзвичайно шкід­ливі; другий — високошкідливі; третій — шкідливі; четвертий — помірно шкідливі.

При оцінюванні якості води використовують прин­цип адитивності — односпрямованої дії, відповідно до якого належність кількох речовин до однієї і тієї самої ЛОШ виявляється у підсумовуванні їх негативного впливу.

Оцінювання якості води з точки зору екологічної без­пеки для різних потреб водокористування здійснюється за певною методикою, а саме: водні об’єкти вважають придатними для комунально-побутового та господар­сько-питного водокористування, якщо одночасно вико­нуються такі умови:

• не порушуються загальні вимоги до складу та властивостей води для відповідної категорії водокорис­тування;

• щодо речовин, які належать до третього та четвер­того класу шкідливості, виконується умова:

С

(4.1)

< ГДК,

де С — концентрація речовини у водному об’єкті, г/м³;

• щодо речовин, які належать до першого та друго­го класів шкідливості, виконується умова:

(4.2)

де Сі та ГДКі, — відповідно, концентрація і ГДК і-тої ре­човини першого чи другого класів шкідливості.

Водні об’єкти вважають придатними для рибогоспо­дарського водокористування, якщо одночасно викону­ються такі умови:

• не порушуються загальні вимоги до складу і влас­тивостей води для відповідної рибогосподарської кате­горії;

• д ля речовин, які належать до однакових ЛОШ, виконується умова:

(4.3)

де Сі та ГДКі — відповідно концентрація і ГДК і-тої ре­човини, яка належить до певної ЛОШ.

Норми якості води повинні виконуватись:

• для водотоків комунально-побутового та господар­сько-питного водокористування — на ділянках від пун­кту водокористування до контрольного створу, який розташований на відстані не менше одного кілометра ви­ще за течією від цього пункту водокористування;

• для водойм комунально-побутового та господар­сько-питного водокористування — на акваторії в радіу­сі не менше одного кілометра від пункту водокористу­вання;

• для водотоків рибогосподарського водокористу­вання — в межах всієї рибогосподарської ділянки водо- току, починаючи з контрольного створу, який розташо­ваний не далі 500 метрів нижче по течії від джерела над­ходження домішок;

• для водойм рибогосподарського призначення — на всій рибогосподарській ділянці, починаючи з кон­трольного пункту, який розташований в радіусі не біль­ше 500 метрів від місця надходження домішки.

Основними факторами, які спричиняють зміни при­родного складу води, є скиди промислових, комуналь­но-побутових та інших стічних вод, однак якість води у водоймах формується під впливом багатьох чинників: надходження та винос хімічних речовин із стічними во­дами; переміщення та розбавлення забруднень, що на­дійшли до водойм; хімічні процеси трансформації та взаємодії забруднюючих речовин з природними компо­нентами води; біохімічних, біологічних, фізико-хіміч- них і фізичних процесів, що відбуваються у водних се­редовищах.

Водні маси, до яких надходять стічні води, забруд­нюються, тобто відбувається процес зміни їх складу та властивостей, який призводить до погіршення якості води. Залежно від інтенсивності впливу стічних вод на

водні маси річок або водойм виділяють зони забруднен­ня і зони впливу забруднюючих скидів.

Зона забруднення —- частина потоку, в якій при надходженні за­бруднюючих речовин порушуються природні біологічні і біохімічні процеси, а концентрація забруднюючих речовин перевищує прий­няті норми за санітарними, рибогосподарськими та іншими показ­никами.

Ґрунти в цій зоні також забруднені.

Зона впливу забруднення — частина потоку, в яку надходять стіч­ні води із зони забруднення або безпосередньо зі скиду, але внас­лідок невисокої концентрації забруднюючих речовин або корот­котривалого забруднення в ній зберігається природний перебіг біо­логічних та біохімічних процесів.

У забруднених водних об’єктах відбуваються фізико- хімічні та інші процеси, спрямовані на відновлення при­родного стану вод, тобто їх самоочищення. Основними з них є процеси розбавлення (зниження концентрації за­бруднюючих речовин, які входять до складу стічних вод за рахунок змішування з водою річки або водоймища) та трансформації (перетворення) забруднюючих речовин.

Розрахунок розбавлення стічних вод в річці або во­доймищі може бути використаний для оцінки всього комплексу явищ, які визначають самоочищення, при введенні числових характеристик фізико-хімічних та біохімічних процесів. Найчастіше застосовують методи обчислення розбавлення, основані на використанні рів­нянь турбулентної дифузії. У результаті розрахунків можна одержати значення максимальної концентрації забруднюючої речовини на будь-якій відстані від місця скиду стічних вод.

Якість води у визначеній точці оцінюють, порівню­ючи максимальну концентрацію забруднюючої речови­ни з її гранично допустимим значенням.

Максимальна концентрація лімітуючої речовини в річці нижче стоку стічних вод змінюється в межах С„ < < С_макс < С_ст, де С„ — середня концентрація речовини, яка визначається за формулою:

с„ = Я_рС_р + Я_стС_ст/(Яр + Я_Ст)> ^М2/^Л’ (^а) (⁴-⁴)

де Яр, Яст — відповідно витрата води в річці та витрата стічних вод, м³/с; С_р, С_ст — відповідно концентрація ре­човини у воді річки та в стічних водах, мг/л.

При обчисленні розбавлення користуються зведени­ми значеннями концентрації забруднюючих речовин (С_зеев)- Цю величину визначають як перевищення над природним фоном. Якщо С — дійсна концентрація за­бруднюючої речовини в зоні забруднення, то

с*** = с - С_р . (4.5)

Зведена концентрація забруднюючих речовин в стіч­них водах становитиме:

Сст.звед ~ Сет ^— . (4.6)

Для зручності розрахунки виконують у відносних величинах концентрації, наприклад у відсотках від Сспиеед> приймаючи, що С_ст,_звед = 100% . Істинні значен­ня концентрації забруднюючих речовин в будь-якій точці розрахункового поля одержують шляхом пере­ходу від відносних величин до абсолютних з подаль­шим підсумовуванням розрахункової та фонової кон­центрацій.

При оцінюванні розбавлення води використовують показник розбавлення п та коефіцієнт змішування у. Розбавлення п є універсальною характеристикою, яка показує, у скільки разів знизилася концентрація за­бруднюючої речовини в стічних водах на певній ділянці річки. Величина показника визначається за формулою:

п =(С_ст - С_р) / (С_мак - С_р). (4.7)

Коефіцієнт змішування у показує, яка частина ви­трати води змішується зі стічними водами. Розбавлення та коефіцієнт змішування пов’язані між собою залеж­ностями:

П ⁼ (Я_т+УЯр)/Яст> (⁴-⁸)

у=(п-1)Я_ст/Я_Р• (4.9)

Коефіцієнт змішування обчислюють тільки у тому випадку, коли стічні води поширюються в розрахунко­вому створі не по всій ширині потоку.

Зниження концентрації забруднюючих речовин у стічних водах одночасно з розбавленням зумовлюють біохімічні та фізико-хімічні процеси, які відбуваються У водних об’єктах. Одним із способів кількісної оцінки зниження концентрації внаслідок цих процесів є коефі­цієнт неконсервативності £_н, який сумарно враховує швидкість перетворення речовин. Його значення визна­чають за даними лабораторних досліджень. Значення Цього коефіцієнту є від’ємними, а його розмірність доб“¹ (1/доб), с“¹ (1/с). Наприклад, у Невській Губі такі зна­чення коефіцієнта неконсервативності при 0°С: нафто­продукти — 2-Ю“⁷, феноли — 1,5-ІСГ⁸, СПАР — 2,1-Ю“⁷, фосфор мінеральний — 0, БСК₅ — 4-Ю“⁷.

У загальному вигляді процес біохімічного перетво­рення може бути описаний рівнянням першого порядку:

С, = С₀ exp (- ( k, + k₂ + ... + k_n) t), (4.10)

де C₀, C, — концентрація речовини, відповідно, в почат­ковий момент та в момент часу t; k_n — коефіцієнти, які належать певному процесу, що враховують перетворен­ня речовин у водному об’єкті.

На практиці можна також вести розрахунок за ос­новним процесом трансформації речовини, нехтуючи процесами, що мають другорядні значення:

C_t = C₀exp (~k_nt). (4.11)

Отже, якість води оцінюють шляхом порівняння вмісту певних речовин з показниками, встановленими «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами».

Екологічна оцінка якості поверхневих вод суші та естуаріїв України. Екологічні нормативи якості води для оцінки стану водних об’єктів визначають на основі екологічної класифікації поверхневих вод. Залежно від значень параметрів якості води поверхневі води відно­сять до певної категорії та класу якості води, які з’ясо­вують за певною методикою.

В Україні у 1994 р. Міністерством охорони навко­лишнього природного середовища та ядерної безпеки України було розроблено і запроваджено «Екологічну оцінку якості поверхневих вод суші та естуаріїв Украї­ни» (КНД 211.1.4.010-94). Цей документ є основою для оцінки якості поверхневих вод суші та естуаріїв (діля­нок гідросфери, які є перехідними зонами між повер­хневими водами суші та морями) України з екологічних позицій і отримання інформації про стан екосистем вод­них об’єктів.

Екологічна оцінка якості вод — віднесення води до певного кла­су, категорії згідно з екологічною класифікацією на підставі аналі­зу значень показників її складу і властивостей.

Екологічна оцінка якості вод дає інформацію про во­ду як складову водної екосистеми, життєве середовище гідробіонтів і важливу частину природного середовища людини.

Водна екосистема — екологічна система в одного об'єкта, в якій

нерозривно поєднуються неживе середовище та біота (складний

комплекс угруповань і популяцій рослин, тварин, мікроорганізмів).

Екологічну характеристику якості поверхневих вод суші та естуаріїв України надають за екосистемним принципом. Її об’єктивність забезпечує широкий ком­плекс показників, які характеризують абіотичну і біо­тичну складові водних екосистем.

Екологічна оцінка якості є основою для з’ясування тенденцій її змін в часі і просторі, визначення впливу антропогенного навантаження на екосистеми водних об’єктів, оцінки змін стану водних ресурсів, вирішення економічних і соціальних питань, пов’язаних із забез­печенням охорони довкілля, інформування громад­ськості, а також оцінювання обсягів впливу людської діяльності на навколишнє середовище, визначення певних водоохоронних регламентів і застережень (сто­совно кожного водного об’єкта окремо), планування і здійснення водоохоронних заходів та оцінки їх ефек­тивності.

Комплекс показників для оцінки якості поверхневих вод формують загальні та специфічні показники. За­гальні показники, до яких належать показники сольово­го складу і трофо-сапробності вод (еколого-санітарні), характеризують звичайні властиві водним екосистемам інгредієнти, концентрації яких можуть змінюватися під впливом господарської діяльності. Специфічні показни­ки характеризують вміст у воді забруднюючих речовин токсичної і радіаційної дії.

Система оцінки якості поверхневих вод суші та есту­аріїв України охоплює три блоки показників:

• блок показників сольового складу;

• блок трофо-сапробіологічних (еколого-санітар- них) показників;

• блок специфічних показників токсичної і радіа­ційної дії.

Оцінка сольового складу поверхневих вод передбачає:

1. визначення мінералізації, або галинності (від гр. hals — сіль) вод (табл. 4.8);

2. визначення класу, групи і типу вод за йонним складом (співвідношенням основних йонів) (табл. 4.9);

Прісні води

Солонуваті води

Солоні води, %

гапогалинні

олігогалинні

мезогалинні

поліга- линні

евга- линні

ультра- галинні

Р

а

Р

а

Р

а

< 0,10

0,10— 0,50

0,51— 0,75

0,76— 1,00

1,01 — 5,00

5,01 — 18,00

18,01— 30,00

30,01— 40,00

> 40,0

Таблиця 4.8

Таблиця 4.9 Класифікація води за йонним складом Клас

Гідрокарбонатні(С)

Сульфатні (в)

Хлоридні (Cl)

Група

Са

Mg

Na

Са

Mg

Na

Са

Mg

Na

Тип

І

II

III

І

II

III

І

II

III

II

III

IV

II

III

IV

I

II

[II

II

III

IV

II

III

IV

I

II

III

4. к

   Ступінь мінералізації вод, г/дм³

   лас води визначають за переважаючими аніона­ми, групу — за переважаючими катіонами, тип води — за співвідношенням між йонами (в еквівалентах):

1. НСО“₃ > Са²⁺ + Мд²⁺;

2. НСО"з < Са²⁺ + М^²⁺ < НСО з + 80%;

3. НСО'д + в0²-₄ < Са²⁺ + Мд²⁺ або СІ > Ыа⁺;

4. НСО“₃ = 0;