Часть 2 - Единое окно Доступа к информационным ресурсам
advertisement
3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА 3.1. Основные функции и задачи безопасного управления в сфере охраны окружающей среды Управление в сфере охраны ОС представляет собой подзаконную исполнительно-распорядительную деятельность государственных органов исполнительной власти и органов местного самоуправления, основной целью которой является организация обеспечения сохранения ОС, ее восстановление и обеспечение экологической безопасности [10]. Государство, исходя из интересов общества по охране ОС, организует систему управления в этой области. Управление состоит из оценки состояния ОС, контроля изменения ее параметров, прогноза, принятия решений, их реализации через производственные структуры с помощью структур управления. Безопасное управление природными процессами предполагает контроль качества среды обитания. Уровень экологического контроля зависит от экономического и культурного развития общества. Чем более развито общество, тем эффективнее реализуются процессы социальноэкологического управления средой обитания. Социально-экологическому контролю подлежат все компоненты системы "природа-человек". Особенность иерархических систем управления, как было сказано ранее, заключается в том, что информация о состоянии объекта контроля может быть получена лишь с нижних уровней управляемой системы. Следовательно, концепция современных информационно-управляющих природоохранных систем основывается на знании законов саморегуляции природных систем, на знании возможного предела вмешательства человека в эти саморегулируемые системы, за которыми – необратимые катастрофические последствия. 48 Основные требования и задачи по безопасному управлению: – гарантия достижения природоохранной цели путем выявления отклонений от нормативных значений контролируемых величин: атмосферы, гидросферы, почвы, выбросов промышленных предприятий и т. д. Превентивная ориентация контроля; – отражение в планах производства природоохранной деятельности предприятий; – эффективность организационной структуры контроля защиты ОС; – индивидуальный подход к контролю: методы должны быть понятны руководителю предприятия, рядовому работнику и контролеру; – прогноз изменения состояния среды обитания, выделение признаков приближения ее к опасному состоянию, контроль за критическими состояниями среды: залповыми выбросами и сбросами, аварийными ситуациями по состоянию ОС и т. д.; – работа по выходу из аварийной или стихийной ситуации, ликвидация возможности развития чрезвычайной ситуации из-за накопленных радиоактивных веществ, химического оружия, устаревших технологий и т. д. Учитывая все вышеперечисленные требования и задачи по безопасному управлению средой обитания, Указом Президента № 440 от 1 апреля 1996 г. утверждена доктрина "О концепции устойчивого развития России", в которой определено, что политика в области экономики, финансов, энергетики, сельского хозяйства, транспорта, торговли и других областей должна формироваться с учетом вопросов охраны ОПС. При этом основополагающим принципом национальной стратегии России по реализации концепции устойчивого развития является обеспечение здоровья человека. Выполнение этого принципа означает, что в управлении социальными и экономическими системами должна циркулировать и обобщаться информация о состоянии здоровья населения и значимости обусловливающих его факторов, среди которых важнейшее место должны занимать экологические. В настоящее время управление качеством среды обитания в нашей стране преимущественно основывается на принципе "ликвидировать последствия", а не "предотвращать". Это объясняется отсутствием приемлемых для прогнозирования ситуации моделей, связывающих состояние здоровья и экономический ущерб с уровнем загрязнения среды обитания. Для их построения необходима технология оценки экологоэкономических потерь от техногенного загрязнения ОС на базе методов математического моделирования. Оценки, получаемые на основе 49 моделей, являются базой для выработки обоснованных управленческих решений в области экологической политики. Для снижения давления на ОС применяются информационные технологии, предупредительные, административно-предупредительные и карательные методы. Информационные технологии (методы) включают мониторинг ОС, информационные СППР. Предупредительные методы – оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), различные виды экологической экспертизы (ЭЭ), в том числе государственная и общественная, административно-правовые – экостандарты, разрешения, лицензии и т. д. Административно-предупредительные методы – проверка деятельности объектов возможного загрязнения, экологический аудит, экологическая сертификация и т. д. Карательные методы – различные формы пресечения нарушений (от закрытия предприятия до уголовного преследования виновных), экономические, финансовые и административные меры воздействия. К информационному обеспечению экологической безопасности относятся сбор, обработка, анализ, синтез данных, построение моделей, создание БД для пользователей. П е р в и ч н а я экологическая информация собирается с помощью измерительных средств в процессе научно-практической деятельности. Эта информация обладает наивысшей прикладной ценностью. В т о р и ч н а я информация – результат переработки первичной для дальнейшего использования в экологическом моделировании, мониторинге и экспертизе. Т р е т и ч н а я информация является результатом переработки вторичной для предоставления потребителю для последующего принятия решений. 3.2. Региональные информационные системы поддержки принятия решений по безопасному управлению средой обитания В настоящее время региональные СППР создаются в рамках региональных программ "медико-экологического мониторинга" или "природных кадастров". Основой являются автоматизированные информационные системы (АИС). Отображение разнообразной пространственно-распределенной экологической информации на картографической основе осуществляется с помощью современных ИТ, наиболее перспективной из которых является технология географических информационных систем 50 (ГИС-технология). Мировой опыт показал высокую эффективность использования таких СППР. Немногие из экологических АИС, кроме информационной поддержки, осуществляют "модельную", основанную на ММ управляемых процессов по сценариям экспертов, с целью прогнозирования последствий того или иного хозяйственного решения. Как правило, ставится задача разработки системы, направленной на "информационно-модельную" поддержку процесса принятия решений при формировании экологической политики города (ФЭПГ) и исследуется схема функционирования такой СППР в системе управления качеством ОС в регионе [3]. Мерой уровня экологической безопасности человека и природной среды в настоящее время выступают показатели, определяющие состояние здоровья населения и качество среды обитания. Решение задачи выявления ущерба здоровью населения от загрязнения ОС можно разбить на следующие этапы: 1) оценка экологической ситуации на исследуемой территории по утвержденным критериям определения зон экологического бедствия и чрезвычайной экологической ситуации ("экологический статус"); 2) разработка математических моделей влияния ОС на состояние здоровья населения (модели "загрязнение – здоровье"); 3) оценка экономического ущерба здоровью людей от загрязненной среды обитания. В качестве источника экологической информации необходимо использовать данные медико-экологического мониторинга. Для их применения на перечисленных выше этапах производят предварительный анализ и подготовку имеющейся пространственно-временной информации на картографической основе по всему городу и отдельным районам. Данная задача выполняется частью СППР, реализуемая на основе ГИС-технологии (ГИС "Экология", рис. 3.1). Используемыми данными медико-экологического мониторинга является информация о состоянии атмосферного воздуха, снегового покрова, почв и состоянии заболеваемости населения. Исследования показывают, что именно загрязнения воздушной среды в крупных промышленных городах представляют наибольшую опасность для здоровья жителей. Анализ системы контроля загрязнения атмосферного воздуха в городах говорит о том, что сеть стационарных постов и передвижных пунктов наблюдения недостаточна для обеспечения необходимой информации о концентрациях примесей как по количеству контролируемых веществ, так и по времени контроля. Поэтому, если выбрать 51 Экологический статус Информация для поддержки принятия решений Данные медико-экологического мониторинга ГИС "Экология" Модели "загрязнениездоровье" Экономический ущерб Рис. 3.1. Структурная схема системы поддержки принятия решений для анализа влияние атмосферного воздуха на здоровье людей, необходимо дополнительно для исследования привлекать депонирующие среды (почва и снеговой покров), являющиеся индикаторами техногенного загрязнения воздушной среды. На выходе СППР представляется информация, которая содержит оценки состояния ОС исследуемой территории и модели, позволяющие делать прогноз здоровья населения и оценивать ситуацию с экономической точки зрения. Полученная информация может использоваться управленческими структурами, например, для разработки мероприятий и выделения финансовых средств по воздействию на источники загрязнений. ГИС "Экология" с разработанными БД используется в СППР для предварительной подготовки исходных данных медико-экологического мониторинга с целью применения их в других блоках СППР (см. рис. 3.2). Одним из структурных элементов ГИС являются БД, в которых хранится вся имеющаяся в системе информация: – графические (пространственные) данные (картографические слои, включающие в себя однородные объекты); – нормативно-справочные данные (сведения о территориальной и временной привязке тематической информации, справочные данные о ПДК, фоновых значениях и т. п.); – тематические данные (информация, характеризующая объекты). 52 53 Нормативносправочные и информационные Ввод в режим графического и тестового редакторов Интерфейс запросов Система управления и обработки Рис. 3.2. Структурная схема ГИС "Экология" Тематические Графические Сканирование Импорт файлов Базы данных Система ввода Экспорт файлов Печать на принтер Визуальное изображение на экран Система вывода Следует формировать БД, исходя из цели исследования и наличия достоверной информации о состоянии атмосферного воздуха, почвы, снегового покрова и здоровья населения. 3.3. Информационные модели принятия решений по безопасному управлению Крупные газо- и нефтеперерабатывающие производственные комплексы относятся к экологически опасным промышленным объектам, т. е. в процессе получения конечного продукта, его хранения и транспортировки образуется некоторое количество газообразных и жидких отходов производства. При строгом соблюдении всех технических норм производства и надлежащем состоянии систем автоматизации и контроля промышленные выбросы не превышают установленные ПДВ. К сожалению, даже для современных экологически чистых и достаточно надежных предприятий не исключена вероятность аварийных сбросов (выбросов), которые имеют значительные последствия. Особенностями аварий и отказов систем безопасности на таких крупных объектах являются: – значительные масштабы экологических бедствий; – непредсказуемость и значительные темпы развития ситуации; – трудности ликвидации аварий и их последствий; – возможность значительных разрушений и гибель людей. Эти обстоятельства заставляют отойти от принятой концепции создания автоматизированных систем экологического мониторинга (АСЭМ) промышленных предприятий, когда ЭМ ограничивается промплощадкой предприятия, и рассматривать региональный аспект экологических аварий. Только рассматривая региональные аспекты воздействия, можно уменьшить экологические последствия аварий, заранее продумать экологически безопасные сценарии ликвидации аварий, уменьшить ущерб за счет принятия своевременных и эффективных решений. Реализация подобного подхода требует создания интеллектуальной системы экологической безопасности, позволяющей в сжатые сроки принимать управленческие решения по локализации и минимизации экологического ущерба. Существующие в настоящее время системы ЭМ на таких промышленных комплексах, в основном, обеспечивают лишь наблюдения за 54 параметрами экологической обстановки и их регистрацию. Для существенного снижения риска для населения целого региона, снижения опасности химического загрязнения почвы, атмосферы, наземных и подземных вод необходима подсистема экологической безопасности, позволяющая на основе информации об экологической обстановке на промышленном объекте принимать обоснованные решения и рекомендации. Для создания эффективной системы экологической безопасности крупного промышленного объекта необходимо информационное обеспечение, включающее в себя: – подсистемы сбора, фильтрации, сжатия первичной информации; – подсистемы систематизации, накопления и сравнения информации; – иерархический комплекс эколого-экономических моделей воздействия промышленного предприятия на ОС региона; – информационно-советующие модели принятия решений; – интеллектуально-информационный интерфейс, позволяющий систематизировать и накапливать знания и данные об экологических авариях и последствиях принятых решений. В настоящее время прогнозирование экологической ситуации в зоне промышленного предприятия и принятие решений при возникновении опасных загрязнений и выбросов основаны, как правило, на использовании интуитивных процедур, опирающихся на информацию, которая в своем большинстве является неполной, не совсем точной, а иногда и недостоверной. В этих случаях, учитывая необходимость оперативного принятия решений, целесообразно использовать мощные современные средства систем искусственного интеллекта и принятия решений. Интеллектуальная система экологической безопасности позволяет пользователям с помощью нечетких знаний об информации получить предложения по возможным вариантам решений, основываясь на правилах логического вывода данных, знаний экспертной системы и на методе неточных рассуждений. Анализ работ, посвященных развитию интеллектуальных систем экологической безопасности промышленных предприятий и территорий показывает, что развитие подобных систем находится на начальном уровне. Наиболее развитыми и близкими к ним являются экспертные системы ЭМ, для которых разработаны функциональные требования, определены программные и технические средства реализации. 55 Для организации в промышленном регионе эффективно действующей системы экологической безопасности как целостной системы контроля, оценки и прогноза опасных изменений природной среды необходимо построение сети наземных, подземных и аэрокосмических наблюдений за всеми компонентами природной среды. При этом для получения объективной картины о состоянии ОС и для решения вопросов регионального уровня (экспертиза, принятие решений, прогноз) необходима организация ЭМ всех крупных источников загрязнений. На рис. 3.3 приведен вариант одной из перспективных систем. Производственные объекты региона Анализ интегрального экологического техногенного воздействия Станции наблюдения и контроля Интегрированные БД и знаний Общая оценка экологической ситуации Прогноз развития экологической ситуации Информационноизмерительные сети Модели загрязнений и принятия решений Принятие информационноуправленческих решений Рис. 3.3. Функциональная схема интеллектуальной системы экологической безопасности Построение интеллектуальной системы экологической безопасности позволяет выделить следующие основные функции и блоки: 56 – основные производственные объекты региона, включая автотранспорт, характеризуемые своими наборами и объемами выбросов, особенностями расположения и режимами работы; – станции наблюдения и контроля, необходимые для получения первичной информации о поступлении и содержании вредных веществ в ОС; – интегрированные БД и знаний, содержащие информацию о допустимых концентрациях загрязняющих веществ, механизмах их превращений и воздействий; – информационно-измерительные сети и каналы передачи данных, обеспечивающие обмен информацией между системами; – модели загрязнений и принятия решений по экологической безопасности и предотвращению дальнейшего поступления этих веществ в воду, воздух, почву, донные отложения, растительный покров или о необходимости очистки этих объектов от уже накопленных в них загрязнений; – блок анализа интегрального экологического техногенного воздействия и получения вторичной информации об эффективности мероприятий; – блоки общей оценки экологической ситуации и прогноза развития экологической ситуации; – блок принятия информационно-управленческих решений экологического, правового, социального и экологического характера по отношению к природопользователям, предприятиям и регионам со сложной экологической обстановкой, включая вопросы аварийной обстановки предприятий и эвакуации населения. Для создания автоматизированной системы экологичской безопасности требуется постоянный контроль состояния (мониторинг) параметров ОС, изменяющейся в результате воздействия загрязнений, поступающих из различных источников. Одной из важных составляющих этой работы является создание мелко-, средне- и крупномасштабных экологических карт региона. В первую очередь, они создаются по территориям, подвергающимся наиболее интенсивному загрязнению. Этот комплект дополняется набором специализированных картографических материалов, комплектами разномасштабных карт по природно-гидрогеологическим, ландшафтно-геохимическим и другим условиям, по степени химического и радионуклидного загрязнения. Вместе с географической топоосновой, на которой показаны источники загрязнения, они составляют полное картографическое описание территории. Последнее дополняется банками и БД по экологической обстановке, а также по 57 региональному и территориальному прогнозу техногенного изменения геоэкосистемы, справочной и научной литературой. Региональную систему экологической безопасности можно укрупненно представить в виде совокупности взаимосвязанных подсистем (систем): – измерения экологических и метеорологических факторов; – информационной системы и БД; – моделирования и прогноза; – СППР. Так как региональные системы ЭМ осуществляют анализ территорий (географической среды), то информационная подсистема должна обеспечивать ввод, хранение, обработку и представление координатной картографической информации, т. е. обладать рядом черт ГИС. Информационно-экологическую модель региона можно представить как совокупность природных ресурсов региона и объектов антропогенного воздействия на них. По каждому из перечисленных природных ресурсов информационная модель строится с учетом отражения динамики качества, состояния природных ресурсов, проявления человеческой деятельности, процесов материального производства. На рис. 3.4 приведен вариант перспективной системы. Главным информационным объектом антропогенного воздействия на экосистему являются промышленные предприятия. Предприятия, специфические для регионов, характеризуются своим уникальным набором признаков, учитывающим конкретные особенности производственного процесса. Это определяется информационными потребностями прикладных задач по оптимизации природоохранной деятельности таких предприятий. При описании типов предприятий используются обобщенные характеристики, отражающие суммарное воздействие всех технологических процессов на каждый из выделенных природных ресурсов. Важными задачами, решаемыми в системе региональной экологической безопасности, требующими сложных БД и баз знаний, достаточно сложных алгоритмов принятия решений, являются: – обоснование экологической возможности строительства новых или расширения старых предприятий или иных объектов хозяйственной деятельности; – определение сумм компенсаций от ущерба экологии региона при загрязнении поверхностных и подземных вод, воздуха, почвы; 58 59 Региональная администрация всех уровней Посты мониторинга поверхностных вод Автоматические станции мониторинга атмосферного воздуха Передвижная лаборатория наблюдения загрязненной природной среды Стационарная аналитическая лаборатория Аэрологические посты Органы специального управления в области охраны ОС Пользователи системы Рис. 3.4. Структурная схема информационного обеспечения системы экологической безопасности региона Гидрометеостанции Наблюдательная сеть локального уровня Локальная система ЭМ Региональная система ЭМ Система измерений экологических и метеорологических факторов (наблюдательная сеть регионального уровня) Автоматизированные рабочие места по решению частных задач ЭМ Функциональные подсистемы локального уровня Функциональные подсистемы регионального уровня – определение стратегии принятия решений при внезапных выбросах, авариях крупных предприятий, больших пожарах и других экологических бедствиях. На рис. 3.5 приведена БД для выполнения информационной модели принятия решения по безопасному управлению. Станция наблюдения Регион Точка измерения Город Характеристика климата Содержание примесей Состояние атмосферы Район города Продукция предприятия Производственный объект Источник сброса Плата за выбросы Источник выброса Химический состав выброса Система очистки Рис. 3.5. Логическая структура базы данных Перечисленные выше задачи должны решаться на основе тщательного анализа всей имеющейся информации, хранящейся в БД, в базах знаний. Причем для повышения достоверности решения задач необходим значительный объем достоверной информации, что усложняет ана60 лиз и принятие решений, поскольку хранящаяся информация, как правило, неполная, недостоверная, противоречивая и т. д. Для решения таких задач в системах экологической безопасности можно использовать комплекс экологических моделей, описывающих воздействие промышленных предприятий региона на ОС. 3.4. Информационное обеспечение систем принятия решений при загрязнении окружающей среды Индустриализация и урбанизация, технический прогресс, развитие агрохимических комплексов, загрязнение ОС радионуклидами, химическими токсическими веществами инициировали повышение активности ЭМ. Системы радиационного и химического мониторинга интенсивно развиваются для обеспечения экологической безопасности предприятий и территорий. Однако существующие системы мониторинга, в основном, обеспечивают лишь наблюдение за параметрами экологической обстановки и их регулированием. Для существенного повышения экологической безопасности предприятия, снижения риска возникновения опасного химического и радиационного загрязнения промплощадки предприятия и прилегающей к ней территории большую роль играют подсистемы регулирования, которые на основе информации об экологической обстановке формируют управленческие воздействия и рекомендации для руководителей разного уровня. В существующих системах мониторинга акцент делается на ГИС-технологии для отображения экологических параметров, а проблемам управления уделяется недостаточное внимание. В связи с большой опасностью радиационного загрязнения и наиболее совершенным приборно-аналитическим обеспечением объектов ядерной энергетики ЭМ начал широко внедряться на атомных электростанциях и других объектах атомной промышленности. К настоящему времени радиационный ЭМ реализован в виде автоматизированных систем контроля радиационной обстановки (АСКРО), объединяемых в единую государственную автоматизированную систему контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО). Гораздо менее развиты системы ЭМ при химическом загрязнении ОС. В первую очередь, это объясняется исключительно широкой номенклатурой загрязняющих веществ. Для химического ЭМ используются разнообразные методы аналитического контроля, реализуемые в форме эколого-аналитических комплесов. Применяемые системы мо61 ниторинга являются специализированными – химическими для предприятий химического профиля и радиационными – для объектов ядерной энергетики. При наличии на предприятии источников загрязнения обоих типов возникает проблема комплексной оценки и интерпретации экологической информации, поступающей из двух отдельных систем мониторинга. Поэтому в настоящее время актуальной и важной является задача создания автоматизированных систем экономического мониторинга (АСЭМ), обеспечивающих в масштабе отдельного предприятия в рамках одной системы, на единой методической основе для разных типов загрязнения не только контроль за уровнем химического и радиационного загрязнения и регистрацию экологических параметров, но и одновременную подготовку управляющих решений на основе оперативной экологической информации. С этой целью необходимо проанализировать информационные потоки АСЭМ. Анализ информационных потоков можно рассмотреть для конкретного объекта – промплощадки ВНИИХТ (Всероссийского НИИ химической технологии) – рис. 3.6. Подсистемы Автоматическая станция мониторинга атмосферного воздуха АСЭМ Автоматическая система контроля радиационной обстановки Центральный пост ЭМ Подсистема контроля радионуклидов Подсистема контроля вредных химических веществ устаревших элементов и методик Рис. 3.6. Подсистемы контроля и регистрации экологических параметров 62 Информация об экологической обстановке поступает в систему мониторинга от источников разного типа. Первый источник информации – результаты непосредственных измерений от датчиков уровней загрязнения и метеопараметров. В системе использована автоматическая станция ЭМ атмосферы по основным химическим загрязнителям и радиационному фону. Автоматическая станция мониторинга атмосферного воздуха расположена на удаленном посту ЭМ в центре промплощадки предприятия. Кроме того, отдельные датчики могут быть расположены непосредственно вблизи источников загрязнения. Датчики мощности экспольной дозы подсистемы АСКРО расположены возле потенциальных источников радиационного загрязнения: в хранилище спецпродукции, на территории рудного склада, в непосредственной близости от учебного реактора МИФИ (Московского инженерно-физического института). Таблица 3.1 Данные о ПДК контролируемых химических загрязнителей № п/п Загрязняющее вещество Единица измерения ПДК максималь- ПДК среднено- разовое суточное мг/м3 - "- 5 0,5 3 0,05 3 Аммиак MN3 - "- 0,2 0,04 4 Сероводород NzS - "- 0,008 – 5 Двуокись азота NO2 - "- 0,085 0,04 6 Сумма углеводородов ∑ C 2H y 7 Фтористый водород HF - "- "- 0,02 0,02 0,005 0,001 1 Окись углеода СО 2 Двуокись серы SO2 Опрос датчиков по химическим загрязнителям и контроль радиационного фона проводится один раз в минуту. Информация с удаленных датчиков передается на компьютерный комплекс центрального поста ЭМ по различным каналам модемной связи – по радиоканалу от АСЭМ и по местной телефонной сети от АСКРО. Второй источник информации – система контроля содержания различных вредных химических веществ в сточных и ливневых водах предприятия, в почве и воздухе на промплощадке с использованием метро63 логически аттестованных методик пробоотбора с последующим измерением содержания вредных химических веществ (ВХВ) в пробах с помощью высокочувствительных автоматических приборов. Общее число контролируемых загрязнителей разной степени токсичности составляет более 80, в том числе Be, Li, As, Mg, Pb, Cr, Cd, U, а также токсичные газы – оксиды азота, фтористый и мышьяковистый водород, ацетон, бензол, толуол. В сточных водах предприятия с использованием ионной хроматографии и потенциометрических методов определяется содержание анионов SO4, NO3, F, Cll и цианидов. Для выполнения аналитических измерений в пробах используются новейшие методы контроля, в том числе плазменная спектрометрия на базе 1СР МS SOLA, атомно-абсорбционная спектрометрия на базе АА-680 с графитовой печью, жидкостная и газовая хроматография на базе хроматографов ЦВЕТ-3006 и ЛХМ. Скорость распространения загрязнителей в воде и почве значительно ниже, чем в атмосфере, и также значительно время проведения анализов. Поэтому периодичность поступления и объемы информации существенно меньше. Информация передается из лабораторий на центральный пост ЭМ на дискетах. Третий источник – база данных об экологической обстановке (БДЭО). БДЭО реализована на основе типовой системы управления базами данных (СУБД) FoxBzse. В ней хранится информация о текущих уровнях загрязнений и история всех измерений. Поступающая в БДЭО оперативная информация подвергается первичной обработке с использованием алгоритмов усреднения по итеративной формуле экспоненциального сглаживания. Данные ежеминутного опроса датчиков усредняются за 20 минут, что обеспечивает фильтрацию потребителей и доверительный интервал не более стандартного отклонения измеряемой величины с вероятностью 95% для последующего занесения в БДЭО. Параллельно ведется контроль шести уровней загрязнения, и при превышении пороговых значений загрязнения либо повышения производной уровня загрязнения автоматически включается аварийный сеанс связи центрального и удаленного постов ЭМ. После получения информации необходимо исследовать вопросы разработки подсистемы принятия решений в системе ЭМ. Подсистема использует информацию, поступающую из подсистем контроля и регистрации экологических параметров на основе анализа информативных потоков. 64 Назначение экспертной системы принятия решений: – анализ и оценка экологической ситуации; – определение источников выбросов; – прогнозирование экологической ситуации; – выработка управленческих решений. В традиционных АСУ применяются алгоритмические модели, связывающие управляющее воздействие с входными данными (или их изменением). В отличие от них экологические ситуации позволяют использовать методы формальных рассуждений, близкие к естественному ходу рассуждений человека-эксперта. Для решения задач ЭМ они значительно более эффективны, чем АСУ, особенно с точки зрения сроков и стоимости разработки и модификации при изменении требований к системе и внешних условий. Изменения в оценке экологической ситуации и добавление новых параметров потребуют полной переработки математических моделей АСУ, в то время как в ЭС достаточно лишь скорректировать правила поиска или добавить новые. Здесь выбирается продукционная модель представления знаний, так как фреймовые и объектно-ориентированные системы являются значительно более сложными в разработке и модификции. Их применение оправдано для решения задач размерности, в частности для создания региональных систем ЭМ, и при использовании ГИС-технологий. База правил содержит правила составления заключений в форме "Если – то", рабочая память содержит все исходные данные и установленные промежуточные факты, механизм вывода определяет последовательность выбора правил из базы правил и стратегию поиска заключения. База правил ЭС заполнена на основании мнений экспертов по экологической ситуации из отдела охраны ОС и администрации ВНИИХТ, а также департамента по безопасности и чрезвычайным ситуациям Минатома России. Для сокращения времени принятия решения в ЭС выделены отдельные блоки (рис. 3.7) [3]. Анализ и оценка текущей экологической ситуации производится отдельно по каждому из загрязнений. Особенностью является использование в качестве показателей не абсолютных, а относительных уровCi (в долях ПДК), где Сi – концентрация i-го ПДК загрязнителя (i – 1, 2, 3,…n), что сделало возможным построить узлы ней загрязнения Li = 65 СО Оценка метеоусловий HF Общая оценка экологической ситуации SO2 Прогноз развития экологической ситуации NO2 ∑C H x y Перечень управляющих решений ИИ Рис. 3.7. Структурная схема экспертной системы экспертной системы одинаковым образом, независимо от природы загрязнителей как химических, так и радиоактивных. Заключение об опасности экологической ситуации может быть сделано при превышении заданного порогового значения уровня загрязнения Li ≺ K in , где Кin – относительный уровень загрязнения по i-му загрязнителю, n – степень опасности экологической ситуации (n = 1 – неопасная, n = 2 – повышенная, n = 3 – опасная), на основании быстрого роста уровня загрязнения dCi / dt ≺ Rin , где Rin – уровни скорости роста концентрации I-го загрязнителя, либо при повышении уровня загрязнения по нескольким загрязнителям, каждый из которых не превышает пороговых значений (эффект суммирования) ∑d L ≺ S i i n , где di – весо- вые коэффициенты. При оценке экологической ситуации недостаточно одних только показателей приборов. Нужна оценка метеопараметров для распознания 66 особых погодных условий, влияющих на уровень загрязнения. Например, в условиях большой влажности, пониженной температуры и повышенной облачности ("смог"), необходимо снизить порог опасности Кin, а при условии сильного ветра он может быть повышен. Оценка поправок может быть сделана только на основании мнения эксперта. Следующая задача ЭС – выделение источника загрязнения из списка возможных источников. При регистрации повышенного уровня загрязнения в масштабе предприятия известен полный перечень и расположение источников загрязнения, однако однотипные загрязнения могут быть получены от разных по природе источников. Например, загрязнение по СО от автомашин на шоссе и от производственных выбросов. Для более точного определения источника загрязнения могут быть использованы датчики уровня загрязнения, расположенные в непосредственной близости от источника. По результатам анализа метеопараметров и текущих уровней загрязнения производится общая оценка экологической ситуации и прогноз ее развития, на основании чего предлагается управляющее решение. 3.5. Информационная система поддержки принятия решений в области охраны вод Разработка информационных систем, основанных на БД и правилах логического вывода, является важным шагом в решении принятия эффективных управленческих решений в области охраны вод. Системы поддержки принятия решений должны включать вычислительно реализуемые ММ экологических процессов, БД измерений и рассчитанных сценариев развития процесса, а также средства интерактивного (в том числе графического) взаимодействия с группой экспертов или с группой лиц, принимающих решение (ЛПР). Последний фактор является важнейшим условием эффективной работы системы, так как позволяет вносить в нее субъективный человеческий элемент в условиях непосредственного взаимодействия экспертов или ЛПР. В [3] описана СППР в области охраны поверхностных вод, созданная на базе центра ситуационного управления СКБ ММС института кибернетики им. В. М. Глушкова и реализация возможности центра по интерактивному взаимодействию группы экспертов средствами вычислительной техники. Одновременная работа комплекса и группы экспертов обеспечивается экраном коллективного внимания – световые табло. Гра67 фические дисплеи позволяют представлять отдельным группам экспертов различную информацию. Основными блоками программного обеспечения системы являются: – средства ведения и первичного анализа БД результатов и измерений концентрации загрязнений в речной системе; – комплекс вычислительных программ, реализующих иерархически настроенную систему ММ, описывающих миграцию загрязнений в водоемах; – средства ведения БД гидрометрической и метеорологической информации, используемой в вычислительных моделях; – средства ведения БД результатов вычислительных экспериментов; – графический комплекс, предназначенный для представления данных из БД на графических устройствах в виде схем, графиков, гистограмм, диаграмм; – графический комплекс, предназначенный для воспроизведения на графических устройствах скалярных и векторных полей гидрофизических характеристик, рассчитанных при различных сценариях внешних воздействий на речную систему; – диалоговый монитор, предназначенный для организации проблемно-ориентированного диалога. Каждый из вышеперечисленных проблемно-ориентированных и инструментальных процессов реализован на конкретных типах ЭВМ, а связывающим звеном между ними является распределенная мониторная система. При подготовке прогнозов и рекомендаций по инженерным воздействиям на речную систему ключевую роль играет комплекс ММ. Все модели комплекса в различном временном и пространственном масштабе осреднения последовательно описывают динамику воды и взвесей, играющих роль носителей загрязнения в водном потоке, а затем и сам процесс переноса неконсервативной примеcи с учетом процессов ее сорбции (десорбции) взвесями и донными отложениями. На рис. 3.8 и 3.9 схематично приведены основные подмодели комплекса (в прямоугольниках) и наборы исходных данных, используемых в моделях (в овалах). Результаты, полученные в модуле "Гидродинамика", – рассчитанные характеристики течений и ветровых волн потоков наносов, интенсивно68 Приток Сброс Водопотребление Шероховатость Ветер Глубины Стоковые и ветровые течения Ветровые волны Динамика отложений Перенос взвесей Взвесь из притоков Состав донных отложений Рис. 3.8. Блок-схема модуля "Гидродинамика" Модуль "Гидродинамика" Смыв с берегов Поступление с притоком Загрязнение в растворе Аэральные выпадения Начальное загрязнение Загрязнение на взвесях Загрязнение донных отложений Поступления от биоты Рис. 3.9. Блок-схема модуля "Загрязнение" сти седиментации и взмучивания передаются в модуль "Загрязнение", где служат входной информацией для расчета распределений концентрации примеси. Структура информационных потоков при этом зависит от класса моделей. В системе используются модели следящих типов: камерные, одномерные (русловые), двумерные плановые [3]. 69 Контрольные вопросы 1. Что такое "управление в сфере охраны окружающей среды"? 2. Назовите основные требования и задачи по безопасному управлению ОС. 3. Что относится к информационному обеспечению экологической безопасности? 4. Назовите основные блоки структурной схемы СППР. 5. Какие основные организационные и технические мероприятия необходимы для организации в промышленном регионе системы экологической безопасности? 6. Назовите основные блоки функциональной схемы интеллектуальной системы экологической безопасности. 7. Какие объекты входят в систему измерений экологических и метеорологических факторов? 8. Назовите основные элементы логической структуры БД системы экологической безопасности региона. 9. Из каких трех источников поступает информация об экологической обстановке в подсистему ЭМ промышленного предприятия? 10. Назовите основные задачи и назначение ЭС принятия решений. 11. Назовите состав структурной схемы ЭС. 70 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УПРАВЛЕНИИ СРЕДОЙ ОБИТАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА 4.1. Система поддержки принятия решений управления водными ресурсами Санкт-Петербурга Основным источником водоснабжения Санкт-Петербурга является река Нева, а городов-спутников – воды подземных месторождений. Качество воды в водотоках города, в первую очередь, определяется качеством воды Ладожского озера, а также сбросом сточных вод в них. Качество воды в водной системе Ладожское озеро – р. Нева имеет тенденцию к ухудшению, что может создать угрозу питьевому водоснабжению и рекреационному водопользованию городской агломерации. Суммарный водозабор Санкт-Петербурга из поверхностных источников составляет около 1500 млн м3 в год. Приблизительно 30% от этого количества потребляют промышленные предприятия. В последние годы в промышленном секторе наблюдается некоторое снижение водопотребления за счет внедрения оборотного водоснабжения и общего падения производства. Показатель расхода воды на душу населения в Санкт-Петербурге в три раза выше, чем в европейских странах, что связано с отсутствием приборов учета у потребителей воды. Использованная вода возвращается в естественные водотоки и в зависимости от степени ее очистки в той или иной мере загрязняет их. Многие предприятия до сих пор не имеют локальных предвыпускных очистных установок, в результате чего сбрасывается огромная масса веществ, токсичных для экосистемы. Ежегодно предприятиями города в водоемы сбрасывается около 1500 млн м3 сточных вод, из них только 63% проходят через очистные сооружения. В целом состояние вод в городе классифицируется от "умеренно загрязненных" до "грязных". Наиболее загрязнены реки – Охта, Карповка, Славянка, Черная речка. На рис. 4.1 и 4.2 показан сброс загрязненных стоков в бассейне р. Невы (без учета Невской губы) и Ижоры. 71 600 500 400 300 200 100 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 Годы – Всего – без очистки – недостаточно очищенных Рис. 4.1. Сброс загрязненных стоков в бассейне р. Невы (без учета Невской губы) в динамике за 1990–1998 гг. 60 50 40 30 20 10 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 Годы – Всего – недостаточно очищенных – без очистки Рис. 4.2. Сброс загрязненных стоков в бассейне р. Ижоры в динамике за 1990–1998 гг. Приоритетными задачами в области охраны и рационального использования поверхностных и подземных вод являются: – завершение строительства комплекса защитных сооружений СанктПетербурга от наводнений; – реализация основных положений Генеральной схемы водоснабжения и канализации Санкт-Петербурга и пригородов, в том числе строительство и реконструкция очистных сооружений, расположенных в городе и пригородах, строительство тоннельных и перехватывающих коллекторов для подачи стоков на очистные сооружения и переключение на них выпусков предприятий; – внедрение передовых технологий очистки сточных вод, водосберегающих технологий и систем оборотного водоснабжения; 72 – разработка и реализация общебассейновых программ по бассейну р. Невы; – реализация мероприятий по очистке городских рек и каналов, а также прибрежных зон притоков Невы. Реализация приоритетных задач обеспечит стабильность состояния водотоков города, дельты р. Невы и Невской губы. Важной функцией государственных органов субъектов РФ является осуществление контроля за использованием и охраной водных объектов. Субъекты РФ и их органы исполнительной власти названы в качестве первых, осуществляющих эту функцию. Права пользования водными объектами возникают с момента государственной регистрации договора на пользование водным объектом. Лицензия на водопользование является актом специально уполномоченного органа управления использованием и охраной водного фонда. На территории Санкт-Петербурга органом лицензирования водопользования является бассейново-территориальный орган Министерства природных ресурсов РФ – Невско–Ладожское бассейновое водное управление. Порядок выдачи лицензии на водопользование определен постановлением Правительства РФ № 383 от 3 апреля 1997 г. "Об утверждении Правил представления в пользование водных объектов, находящихся в государственной собственности, установления и пересмотра лимитов водопользования, выдачи лицензии на водоиспользование и распорядительной лицензии". После выдачи водопользователю лицензии на водопользование обязательным является заключение договора пользования водным объектом. В 1997–1998 гг. в рамках выполнения российско-нидерландского проекта "Интегрированное управление водными ресурсами СанктПетербурга" создана СППР управления водными ресурсами СанктПетербурга. Работа выполнялась применительно к водной системе Ладожское озеро – р. Нева – Невская губа – Финский залив. Основной целью создания СППР является информационная поддержка управленческих решений, затрагивающих состояние рассматриваемой водной системы; помощь в решении проблем, связанных с рациональным ее использованием, моделированием тех или иных сценариев антропогенного воздействия на нее. 73 За основу разработанной системы была принята схема экспертноинформационного моделирующего комплекса "Невская губа". СППР включает программные блоки, реализующие модели всех вышеперечисленных водных объектов, а также ряд дополнительных БД. Эти ММ и банки данных, относящиеся к тому или иному объекту рассматриваемой водной системы, оформлены в виде трех блоков (моделирующего, информационного и экспертного) и объединены общей программной оболочкой, рассчитанной на диалог с рядовым пользователем. В созданной версии СППР используются также модели прогноза загрязнения водных объектов биогенными веществами, тяжелыми металлами, другими вредными веществами. Основу информационного блока СППР составляют совокупности БД, в которых хранится информация о каждом из водных объектов в отдельности и всей системы в целом, а также справочная информация, необходимая для работы моделирующего и экспертного блоков. Все БД, которые вошли в информационный блок СППР, можно условно разделить на две группы: – базы данных многолетних наблюдений; – справочно-информационные БД. Созданный программный комплекс можно рассматривать как один из первых шагов по пути интеграции разнородной гидроэкологической информации о состоянии водной системы Ладога – Финский залив, объединения информации по моделированию, как отдельных водных объектов, так и всей системы в целом, и обобщения информации по принятию решений в разнообразных экологических ситуациях. Разработанный программный комплекс позволяет осуществлять долгосрочное прогнозирование экологического состояния водной среды в рассматриваемой водной системе, планировать регулярное водопользование, просчитывать различные сценарии воздействия антропогенных нагрузок для разнообразных гидрологических условий, просматривать ретроспективу использования водных ресурсов, оценивать последствия той или иной аварии, приведшей к сбросу в акваторию вредных веществ. 74 4.2. Программа развития автоматизированной системы управления качеством воздуха Санкт-Петербурга Система управления качеством воздуха – это комплекс взаимосогласованных технических и программных средств для оценки состояния воздушной среды, анализа экологической обстановки, для выработки, принятия и передачи на объекты управления управленческих решений. Система управления качеством воздуха включает системы наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха (измерение параметров состояния атмосферы и загрязнения воздуха, технические и программные средства управления работой автоматических станций, устройства для передачи, обработки, представления получаемой информации, линии связи), системы анализа и моделирования экологических ситуаций, систему выработки решений. Во многих крупных городах развитых стран используются те или иные системы управления качеством воздуха. Система управления качеством воздуха "Эйрвиро", разработанная шведской фирмой, внедрена и работает в Стокгольме, Гетеберге, Норгепинге, Риге, Вильнюсе, Вентспилсе, Таллине и в других городах мира. В 1997 г. управление по охране ОС Администрации Санкт-Петербурга и Шведский институт метрологии и гидрологии приступили к созданию АСУ качеством воздушной среды на базе системы "Эйрвиро". Основой системы управления качеством воздуха является оценка параметров состояния атмосферы и загрязнения воздуха. Первый этап системы управления качеством воздуха Санкт-Петербурга завершается вводом в эксплуатацию автоматической метеорологической станции, четырех станций измерения загрязнения воздушной среды и информационно-аналитического центра. Данные о состоянии воздушной среды передаются в информационно-аналитический центр по схеме, показанной на рис. 4.3. Автоматическая метеорологическая станция постоянно измеряет скорость и направление ветра, температуру воздуха и другие метеопараметры, характеризующие состояние погоды. Автоматические станции измерения загрязнения воздуха (АСИЗВ) непрерывно получают и передают данные о загрязнении воздуха в информационно-аналитический центр. Процессом сбора информации управляет рабочая станция – центральный компьютер, в который загружена система "Эйвиро". 75 Автоматическая метеостанция Трассовые датчики системы Автоматическая станция измерения загрязнения воздуха № 2, 3 Автоматическая станция измерения загрязнения воздуха МИЛИС Информационно-аналитический центр управления по охране ОС Администрации Санкт-Петербурга Рабочая станция системы управления качеством воздуха Санкт-Петербурга Буферная станция Автоматическая станция измерения загрязнения воздуха № 1 Рис. 4.3. Схема передачи данных о состоянии воздушной среды в информационно-аналитический центр 76 Данные обрабатываются с использованием трех математических методов, а результаты наглядно представляются в удобном виде. Основой для модельных расчетов и графического представления результатов служит введенная в центральный компьютер географическая карта Санкт-Петербурга с отражением на ней застройки города. На основании поступающих в информационный центр данных о загрязнении воздуха составляются информационные сводки и направляются в учреждения, организации, ведомства и службы, деятельность которых связана с охраной ОС. Информацию о качестве воздушной среды в Санкт-Петербурге планируется доводить до населения с использованием информационного табло, средств массовой информации, через Интернет, а также посредством ответов на запросы населения и общественных групп, консультаций и лекций по экологическим вопросам с демонстрацией видеоматериалов. Система управления качеством воздуха позволит решать следующие задачи: – без задержки получать и посылать оперативную информацию о состоянии загрязнения ОС Санкт-Петербурга в Администрацию города, природоохранные организации и средства массовой информации; – на основании полученной информации принимать обоснованные решения по осуществлению природоохранных мероприятий; – моделировать возможные экологические ситуации (при различных метеорологических условиях, планировании городской инфраструктуры, в том числе транспортных магистралей); – наглядно в упрощенном виде, предоставлять метеорологическую информацию и информацию о загрязнении ОС для населения. В соответствии с поставленными задачами создаваемая система осуществляет следующие функции. Информационный обмен с измерительными станциями мониторинга, размещенными в различных районах города. Данные передаются по телефонной линии с помощью модема в цифровом коде. Анализ результатов по данным, представленным в табличном и графическом виде, – в виде временных рядов, диаграмм плотностей распределения и т. д. Существует возможность получать всевозможные статистические характеристики за выбранный период времени. Создание БД по выбросам, предназначенной для накопления данных об источниках загрязнения. В базу входит информация об источни77 ках выбросов и их характеристики (высота, объемы выбросов, номенклатура загрязняющих веществ, местоположение и т. д.). Проведение оценки влияния источников на загрязнение ОС в городе при помощи расчета рассеивания. Это наиболее важная часть системы, так как наряду с оценкой уровня загрязнения, создаваемого существующими источниками, позволяет моделировать изменения в воздушной среде города, меняя структуру и параметры источников загрязнения. Приведем общую информацию и краткую техническую характеристику автоматических станций, используемых в системе (см. рис. 4.3). Автоматическая метеорологическая станция (модель-М2). СтанРис. 4.4. Автоматическая ция предназначена для автоматичесметеорологическая станция кого измерения скорости и направления ветра, температуры воздуха и других параметров, характеризующих погодные условия (рис. 4.4). Станция работает круглосуточно с усреднением данных за 15 мин. Автоматические станции измерения загрязнения воздуха: АСИЗВ № 1, 2; МИЛИС (см. рис. 4.3). Станции предназначены для автоматического измерения метеопараметров и концентрации вредных веществ в атмосфере, сбора, предварительной обработки, регистрации и хранения информации. Каждая станция представляет собой сооружение (павильон), обеспечивающее защиту и условия для работы автоматического измерительного Рис. 4.5. Автоматическая станция оборудования (рис. 4.5). Станции укомизмерения загрязнения воздуха плектованы датчиками для измерения 78 метеорологических параметров и автоматическими газоанализаторами для измерения уровня загрязнения воздуха, системами жизнеобеспечения, контрольно-измерительным оборудованием, компьютером с программой, обеспечивающей работу станции. Станции работают круглосуточно с усреднением данных за каждые 20 или 30 мин. Первоначальная обработка и хранение данных осуществляются компьютером станции. Автоматическая ст анция трассовых датчиков. Трассовые датчики предназначены для измерения концентрации газов в атмосфере с использованием метода дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии. Станция состоит из двух оптических трасс, одна из которых расположена на высоте 3 м по ходу автомобильной магистрали, а другая на высоте 15 м над крышами зданий (рис. 4.6). Каждая из оптических систем состоит из источника света, отражающего зеркала, приемника света и анализатора спектра. Спектр принятого сигнала анализируется, и автоматичесРис. 4.6. Автоматическая станция ки рассчитываются концентратрассовых датчиков ции загрязняющих веществ в воздухе, усредненные по всей протяженности участка измерения. Станция работает круглосуточно с усреднением данных за 20 мин. Первоначальная обработка и хранение данных осуществляются компьютерами станции. В дальнейшем будет осуществляться поэтапное увеличение количества автоматических станций в городе. Автоматизированная система управления качеством воздуха будет использована при выработке и принятии управленческих решений в различных отраслях городского хозяйства по вопросам (рис. 4.7): регулирования транспортных потоков и распределения транспортных нагрузок на дорогах, создания пешеходных зон, планирования прокладки дорог и строительства транспортных развязок, выявления предприятий – воз79 Информация о загрязнении воздуха Администрация Санкт-Петербурга Система управления качеством воздуха Санкт-Петербурга База данных Программы математической обработки Варианты решений Организации-консультанты Управленческое решение Оценки и прогноз Проект управленческого решения Объекты управления Рис. 4.7. Схема принятия управленческих решений в системе управления качеством воздуха Санкт-Петербурга можных виновников высокого загрязнения воздуха, закрытия существующих источников загрязнения, при оценке вклада планируемых новых источников загрязнения, регулирования выбросов в атмосферу. Результатом реализации проекта будет система, обеспечивающая возможность управления качеством воздуха в Санкт-Петербурге. Это позволит улучшить состояние ОС города и, соответственно, здоровье его жителей. 4.3. Автоматизированная система контроля радиационной обстановки Санкт-Петербурга и Ленинградской области Проблема радиоэкологической безопасности в Санкт-Петербурге и Ленинградской области обусловлена техногенными, аварийными и естественными источниками радиоактивного излучения. В настоящее время завершена инвентаризация радиоактивных веществ (РВ) и источников ионизирующего излучения (ИИИ) на 2806 объе80 динениях, предприятиях и учреждениях Санкт-Петербурга. В результате инвентаризации на 1195 объектах установлено наличие РВ и ИИИ, дифференцированных по области применения и степени опасности для населения на четыре группы. Необходимо отметить, что в Санкт-Петербурге зарождалась отечественная радиохимия, в разные годы велись исследования радиоизотопов, их производство и широкое использование, причем вплоть до начала 60-х гг. почти бесконтрольно, поэтому территория города оказалась загрязнена ими (рис. 4.8). Кроме того, радон с дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации. Схема прогноза радоноопасности территории Санкт-Петербурга показана на рис. 4.9. Санкт-Петербург и его окрестности насыщены объектами и производствами, являющимися потенциальными источниками загрязнения ОС радионуклидами, в том числе производствами, относящимися к числу особо опасных, среди которых такие предприятия, как ЛАЭС, НИТИ, Санкт-Петербургские предприятия "ИЗОТОП", ЦКБМ и др. По территории Северо-Западного региона России, включая Ленинградскую область, производятся регулярные перемещения ядерных материалов и радиоактивных веществ, возможные аварии при этих перевозках также могут представлять определенную угрозу для населения и ОС. При нормальной эксплуатации все эти объекты для населения СанктПетербурга и региона в целом особой опасности не представляют. Однако использование самых эффективных систем безопасности, самых современных методов контроля не может обеспечить абсолютную надежность работы, исключающую аварийные ситуации. В аварийной ситуации, если она возникнет, самое главное – принять своевременные меры по защите населения. Это означает, что в нормальных и тем более возможных аварийных радиационных ситуациях органы государственной власти Санкт-Петербурга должны располагать отлаженным механизмом защиты населения от радиационной безопасности и минимизации радиационных рисков. Для этого необходима информационноаналитическая поддержка действий органов исполнительной власти, которая обеспечивала бы сбор и анализ оперативной информации о радиационной обстановке, оценку этой обстановки, прогнозирование ее возможного развития и в случае ухудшения – выдачу данных для 81 Участки радиоактивного загрязнения: дезактированные не подлежащие дезактивации не дезактивированные Рис. 4.8. Схема расположения участков радиационного загрязнения 82 Уровень АО радона в "стандартом помещении" АО радона (Бк/куб. м) 100–200 200–400 до 400 400–2000 Оценка опасности безопасносные относительно безопасносные умеренно опасносные опасносные 2 км 0 2 4 км Рис. 4.9. Схема прогнозной радоноопасности территории Санкт-Петербурга 83 поддержки принятия управленческих решений, а также информирование населения и средств массовой информации. В настоящее время в Санкт-Петербурге и Ленинградской области создается продуманная и эффективная АСКРО, позволяющая получать оперативную информацию о радиационной обстановке по всей территории города и его окрестностям на любой данный момент в реальных масштабах времени. В соответствии с постановлением Правительства РФ № 1085 от 1 ноября 1995 г. "О Федеральной целевой программе "Создание Единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки на территории РФ" с 1996 г. создается ЕГАСКРО, предназначенная для осуществления непрерывного контроля радиационной обстановки и информационной поддержки деятельности органов государственной власти и государственного управления всех уровней по обеспечению радиационной безопасности на территории РФ. АСКРО Санкт-Петербурга, создание которой было начато на средства города первой в нашей стране, ныне является одной из наиболее развитых в России, решает двуединую задачу – как территориальная система и (в дальнейшем) как подсистема ЕГАСКРО. В настоящее время АСКРО предназначена для автоматизированного контроля мощности дозы внешнего облучения при помощи набора датчиков, расположенных в стационарных точках измерений, а для нескольких точек – для автоматизированного контроля локальных метеоусловий. Вместе с тем система в состоянии обеспечить адекватную реакцию на изменение радиационной обстановки по всей контролируемой территории, включая зону непосредственной ответственности Администрации Санкт-Петербурга на любой данный момент времени. В систему АСКРО входят мобильные средства радиационной разведки (мобильные группы радиационной разведки – МРГ), предназначенные для выявления и уточнения на месте источников (возможного) превышения фона гамма-излучения, идентифицируемого датчиками АСКРО. В случае радиационной аварии или инцидента усилия МРГ направлены прежде всего на оперативное выявление населенных пунктов, радиационная обстановка в которых может потребовать немедленного вмешательства (включая оперативный контроль мощности дозы, контроль спектрального состава излучения, контроль 84 активности приземного слоя воздуха, отбор проб для их последующего лабораторного анализа и др.). На ранней фазе аварии или радиационного инцидента решение по защите населения принимается на основе сравнения рекомендованных уровней вмешательства с прогнозируемыми дозами облучения, рассчитываемыми с помощью анализа последствий возможных аварий. Данные системы АСКРО Санкт-Петербурга в сочетании с другими радиологическими и нерадиологичискими данными могут быть использованы при прогнозировании последствий радиационных аварий (инцидентов) и выдачи на этой основе рекомендаций по принятию управленческих решений по защите населения и окружающей природной среды (ОПС) для поддержки действии органов государственной власти Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В настоящее время на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области действуют 33 поста автоматизированного контроля радиационной обстановки: 14 постов относятся к АСКРО Администрации СанктПетербурга, 13 – к АСКРО Администрации Ленинградской области, а остальные – к АСКРО Аварийно-технического центра "Радиевый институт" Минатома России (АТЦ "Радиевый институт"). Из 33 постов контроля 21 являются постами новой конструкции, которые обеспечивают хранение результатов измерений за сутки. Остальные 12 сохраняют в памяти последние 8 измерений (при экспозиции 512 с). Модернизированные посты контроля обеспечивают подачу тревожной сигнализации при обнаружении превышения установленных порогов мощности дозы, а именно: пост самостоятельно производит соединение с центром сбора и обработки информации, что приводит к срабатыванию системы звуковой и видеосигнализации для оператора системы. В существующей АСКРО за порог срабатывания принята величина 60 мкр/ч. Кроме того, в г. Сосновый Бор в районе ЛАЭС установлена система из 26 автоматизированных постов радиационной обстановки. Данные с этой АСКРО один раз в сутки передаются в информационноаналитический центр АТЦ “Радиевый институт”. На рис. 4.10 показаны места расположения постов контроля на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области. АТЦ "Радиевый институт", располагая информацией с постов контроля всех АСКРО Ленинградского региона в целом, ныне исполняет функции регионального центра сбора и обработки информации. 85 86 Аварийно-технический центр Минатома РФ Лен. области Центры сбора и обработки информации Волосово Посты контроля АСКРО ЛАЭС Луга Посты контроля СПб и Приозерск Рис. 4.10. Схема расположения датчиков системы АСКРО Санкт-Петербурга и Ленинградской области Кингисепп Выборг Данные с постов контроля ACКPO передаются в центр сбора и обработки информации АТЦ "Радиевый институт" по коммутируемым телефонным линиям и другим телекоммуникационным каналам. В режиме повседневной деятельности передача данных происходит по запросу из Центра дважды в сутки – в 6.00 и 22.00. Продолжительность опроса всех постов составляет менее двух часов. Вся информация автоматически анализируется на предмет возможного двухкратного превышения фонового уровня. Данные со всей системы АСКРО собираются на сервере АСКРО, установленном в АТЦ "Радиевый институт". Доступ к этим данным возможен только для авторизованных пользователей, т. е. имеющих свои пароли и занесенных в соответствующую БД. АСКРО Санкт-Петербурга в зависимости от радиационной обстановки функционирует в трех режимах: – в режиме повседневной деятельности – при нормальной радиационной обстановке; – в режиме повышенной готовности – при ухудшении радиационной обстановки или получении прогноза о возможном возникновении радиационной аварии; – в аварийном режиме – при возникновении радиационных аварий или аварийных ситуаций на радиационно-опасных объектах и во время ликвидации чрезвычайной ситуации. В заключение необходимо подчеркнуть, что информационные и телекоммуникационные основы, заложенные в существующую систему АСКРО Санкт-Петербурга, позволяют значительно расширить ее функции, включив в систему датчики качества воды, датчики контроля загрязнения водных поверхностей, датчики качества воздуха и т. д. Тем самым существующие возможности системы АСКРО Санкт-Петербурга позволяют постепенно трансформировать эту систему в полномасштабную автоматизированную систему экологического состояния Санкт-Петербурга в целом в интересах выработки управленческих решений по защите населения и ОС. 4.4. Международные проекты по управлению охраной окружающей среды За последнее десятилетие удалось наладить устойчивые деловые связи по управлению охраной ОС со многими организациями западно87 европейских стран. Расширению и стабилизации международных контактов способствовало создание в 1993 г. международного экологического центра по управлению и технологиям – ЕСАТ–Санкт-Петербург – в соответствии с трехсторонним соглашением между Комиссией Европейского союза, Администрацией Санкт-Петербурга и Министерством ОС Гамбурга. В марте 1996 г. завершился первый этап работы ЕСАТ–СанктПетербург, и с апреля 1996 г. он приобрел статус отдела международных проектов и программ управления по охране ОС, уже традиционным стало сотрудничество ООС с Генеральными дирекциями I и VI Европейской комиссии (программа Tacis и Life), Министерством ОС Финляндии, Администрациями городов Хельсинки, Турку, шведским агентством СИЛА, Администрацией Стокгольма, Министерством ОС Гамбурга, Министерством экономики Нидерландов и другими организациями. При поддержке международных программ реализуются проекты, связанные с передачей технологий, направленных на усиление структуры управления, а также содействующих экологическому образованию и просвещению населения. В настоящее время управление по ООС Администрации Санкт-Петербурга осуществляет координацию работ по 13 международным проектам, направленным на улучшение экологической обстановки в городе. Перечислим важнейшие из них. Разработка схемы обращения с отходами медицинских учреждений Санкт-Петербурга (проект программы Life 95). На данный момент схема разработана и прошла государственную экологическую экспертизу. Схемой предусматривается: – введение определения опасных (рискованных) отходов здравоохранения (ОРОЗ); – организация раздельного сбора ОРОЗ в местах их образования (операционных, процедурных и т. д.); – организация транспортировки собранных ОРОЗ в местах их образования; – организация переработки или безопасного захоронения собранных раздельно ОРОЗ. Дальнейшая реализация схемы определяется экономической ситуацией. Существует несколько способов реализации. Самый дешевый путь для уничтожения 4400 т опасных, рискованных отходов здравоохранения – централизованное сжигание в потоке других отходов, например токсичных промышленных отходов. Но индустрия такого сжигания пока отсутствует в России. Другой путь – захоронения на контролируемом 88 полигоне, но емкость полигона “Красный Бор” исчерпана. И, наконец, можно проводить дезинфекцию-стерилизацию ОРОЗ с последующим их использованием. После такой переработки ОРОЗ становятся безопасными и могут захораниваться в потоке твердых бытовых отходов. В результате выполнения проекта Санкт-Петербург может стать первым в России городом с решенной проблемой отходов здравоохранения. Снижение загрязнения вод Балтийского моря тяжелыми металлами в Санкт-Петербурге (проект программы Life 95). Загрязнение вод Балтийского моря тяжелыми металлами, по мнению Хельсинской комиссии (ХЕЛКОМ), является одной из серьезнейших экологических проблем. Технологические схемы и оборудование гальванических цехов большинства предприятий Санкт-Петербурга устарели, обработка стоков либо отсутствует, либо имеет низкую степень очистки. За последние годы с участием западноевропейских экспертов выбраны схемы модернизации участков и цехов, в 1998 г. реализован демонстрационный проект по модернизации очистных сооружений на ГП "Газетный комплекс". Аналогичные проекты осуществляются еще на трех предприятиях города. С 1999 г. создана мобильная установка для обработки концентрированных отработанных электролитов и начата ее опытная эксплуатация (рис. 4.11). В настоящее время выполняется разработанная в 1999 г. концепция по снижению загрязнения ОС отходами гальванических производств Санкт-Петербурга. Предотвращение загрязнения вод Балтийского моря дренажными стоками свалок в Санкт-Петербурге. С начала 1999 г. выполняется проект, подписанный управлением по охране ОС Администрации Санкт-Петербурга в присутствии экспертов Генеральной дирекции XI Европейского сообщества. Проект рассчитан на три года. Запланировано создание пилотной установки по очистке дренажных стоков на одной из свалок города. По результатам проекта будет принято решение об оборудовании двух других свалок. Интегрированное управление водными ресурсами в регионе Санкт-Петербурга. Проект выполняется при поддержке Министерства экономики Нидерландов в рамках программы. Основной целью проекта является повышение эффективности управления водными ресурсами и, как следствие, улучшение состояния водной системы Ладога – р. Нева – Невская губа – Финский залив, обеспечение ее устойчивого развития. Первый этап проекта выполнен в конце 1997 г. 89 Рис. 4.11. Внутренний вид оборудования мобильной установки. На переднем плане – фильтр-пресс, переданный безвозмездно Агентством по охране ОС Швеции Главными результатами этого этапа явились: – обзор всех БД по водным ресурсам системы; – создание системы поддержки принятия решений – компьютерная экспертная модель; Стратегический план управленческих действий (СПУД), который формулирует некоторые приоритетные задачи управления водной системой и определяет долгосрочную стратегию и краткосрочные меры, направленные на решение существующих проблем водной системы. В 1998 г. завершен второй этап проекта, создан Координационный совет по интегрированному управлению водными ресурсами СанктПетербурга и Ленинградской области, выбраны первоочередные меры по улучшению ситуации с очисткой сточных вод, разработана система предупреждения наводнений для Санкт-Петербурга. Практическая методика экологического контроля. Проект выполнялся в рамках сотрудничества между администрациями городов Стокгольма и Санкт-Петербурга и Комитетом по охране ОС СанктПетербурга и Ленинградской области. 90 Целью проекта является оценка ситуации на небольших, но экологически опасных предприятиях. Для этого использовалась шведская модель природоохранного контроля. Многие предприятия, участвующие в проекте, несмотря на сложную экономическую ситуацию, выполнили ряд природоохранных мероприятий, рекомендованных по итогам первого инспекторского визита. В настоящее время выполняется ряд других международных программ, например программа Tacis. В рамках проекта осуществляется информирование общественности по вопросам ОС, создается видеотека экологических фильмов, проводятся международные семинары для пользователей видеотек по использованию фильмов в учебных процессах и при проведении информационных компаний. Контрольные вопросы 1. Назовите основные приоритетные задачи в области охраны поверхностных и подземных вод в Санкт-Петербурге? 2. Что составляет основу информационного блока СППР управления водными ресурсами в Санкт-Петербурге? 3. Какие задачи решает автоматизированная система управления качеством воздуха в Санкт-Петербурге? 4. Какие функции осуществляет система управления качеством воздуха? 5. Назовите состав и дайте краткую техническую характеристику автоматических станций, используемых в системе управления качеством воздуха? 6. Для каких целей предназначена система АСКРО и каков ее приборный состав? 7. В каких режимах функционирует АСКРО? 8. Назовите международные проекты по управлению охраной ОС в Санкт-Петербурге, использованию и внедрению ИТ. 91 Библиографический список 1. Инженерная экология и экологический менеджмент / М. В. Буторина, П. В. Воробьев, А. П. Дмитриева и др. М., 2001. 2. Вишенский В. А. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Л., 1990. 3. Гаскаров К. Я. Информационная поддержка систем экологического контроля и управления. СПб., 1999. 4. Игнатов В. Г., Кокин А. В. Экологический менеджмент. Ростовна-Дону, 1997. 5. Геоэкологические проблемы больших городов и промышленных зон / В. В. Дмитриев, В. В. Гальцева, В. А. Шелутко и др. // Вопросы прикладной экологии: Сб. науч. тр. РГГУ-СПб., 2002. 6. Интегрированная система обработки данных ОАП. Электронная графика. Руководство пользователя. М., 1989. 7. Информатика для устойчивого развития: Итоговые материалы междунар. молодежной конф. "Школьная информатика и проблемы устойчивого развития", 14–15 апреля 2000 г. СПб., 2000. 8. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. М., 1984. 9. Компьютерные технологии обработки информации: Учеб. пособие. М., 1995. 10. Крассов О. И. Экологическое право: Учебник. М., 2001. 11. Мазур И. И., Молдаванов О. И. Курс инженерной экологии: Учебник. М., 1999. 12. Максименко Ю. Л. Система подготовки и принятия хозяйственных решений: Взгляд эколога. М., 1999. 13. Матвеев А. В. Управление охраной окружающей среды: Учеб. пособие. СПб., 2003. 14. Методика оценки воздействия промышленных предприятий на окружающую среду по техногенным факторам. М., 1992. 15. О комплексной системе оценки и нормирования качества окружающей среды. Приказ Минприроды России от 12 мая 1994 г. № 01-27/29-1353. 16. Open Access. База данных, руководство пользователя. М., 1989. 17. О состоянии окружающей среды Санкт-Петербурга и Ленинградской области в 2001 г.: Государственный доклад. СПб., 2002. 18. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 1998 г. СПб., 1999. 92 19. Протасов В. Ф., Молчанов А. В. Экология, здоровье и природопользование в России. М., 1995. 20. Безопасность и природопользование: Учеб. пособие / О. Н. Русак, К. Р. Малаян, Н. Г. Занько и др. СПб., 2000. 21. Свечина Н. Н. Управление качеством окружающей среды городской территории на основе информационно-экспертных систем: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1994. 22. Стоянов А., Андреев Г., Дмитриев Д. Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. Л., 1990. Вып. 8. 23. Федеральный закон "Об экологической экспертизе" от 23 ноября 1995 г. 24. Федеральный закон "Об охране окружающей среды" от 10 января 2002 г. 25. Худолей В. В. Экологически опасные факторы. СПб., 1996. 26. Чапек В. Н. Экономика природопользования: Учеб. пособие. М., 2000. 27. Уатт К. Экология и управление природными ресурсами. М., 1971. 28. Шеховцов А. А., Звонов В. И., Чижов С. Г. Влияние отраслей народного хозяйства на состояние окружающей среды. М., 1995. 93 Словарь профессиональных понятий Загрязнение окружающей среды – поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Загрязняющее вещество – вещество или смесь веществ, количество и (или) концентрация которых превышают установленные для химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, нормативы и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Окружающая среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов. Первичные загрязнения – поступление в окружающую среду непосредственных загрязнителей, образуемых в ходе естественных, природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов. Вторичные загрязнения – образование (синтез) опасных загрязнителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в окружающую среду. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы – фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стратосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором разрушения озонового слоя (экрана) планеты. Природная среда (природа) – совокупность компонентов природной среды. Среда обитания – природное окружение живого организма. Условия существования – совокупность экологических факторов, обеспечивающих рост, развитие и воспроизводство организмов. К основным группам факторов относятся абиотические (химические, физические, климатические и пр.) и биотические (совокупность воздействия жизнедеятельности одних организмов на другие). Экологические факторы – важные для жизни организма компоненты окружающей среды. 94 Оглавление Список сокращений ...................................................................................... 3 Введение .................................................................................................. 5 1. Источники загрязнения среды обитания.......................................... 8 1.1. Классификация, характер, причины и загрязнения среды обитания ................................................................................. 8 1.2. Источники промышленных загрязнений среды обитания 14 1.3. Источники повышенной экологической опасности в сельском хозяйстве ............................................................ 29 1.4. Источники загрязнения в военно-промышленном комплексе ................................................................................ 30 2. Мониторинг среды обитания ............................................................. 33 2.1. Организация и задачи государственного мониторинга окружающей среды ............................................................... 33 2.2. Классификация мониторинга ............................................... 35 2.3. Характеристика технических средств получения и обработки информации в составе комплексного мониторинга .. 39 3. Информационные системы обеспечения экологической безопасности на основе комплексного мониторинга ................................... 48 3.1. Основные функции и задачи безопасного управления в сфере охраны окружающей среды ................................... 48 3.2. Региональные информационные системы поддержки принятия решений по безопасному управлению средой обитания .................................................................................. 50 3.3. Информационные модели принятия решений по безопасному управлению .................................................................. 54 3.4. Информационное обеспечение систем принятия решений при загрязнении окружающей среды ................................. 61 3.5. Информационная система поддержки принятия решений в области охраны вод ........................................................... 67 4. Информационные технологии в управлении средой обитания Санкт-Петербурга ................................................................................ 71 4.1. Система поддержки принятия решений управления водными ресурсами Санкт-Петербурга .............................. 71 4.2. Программа развития автоматизированной системы управления качеством воздуха Санкт-Петербурга ........... 75 95 4.3. Автоматизированная система контроля радиационной обстановки Санкт-Петербурга и Ленинградской области ....... 4.4. Международные проекты по управлению охраной окружающей среды ............................................................... Библиографический список .................................................................... Словарь профессиональных понятий .................................................... 96 80 87 92 94
