Система экомониторинга в подземном строительстве

- © Е.Ю. Куликова, 2013

УДК 60.035.4 Е.Ю. Куликова

СИСТЕМА ЭКОМОНИТОРИНГА В ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Б результате интенсивного освоения подземного пространства происходят изменение природных систем и загрязнение окружающей среды, что предопределяет необходимость проведения экологического мониторинга. Описаны основные задачи, уровни и методы экологического мониторинга в подземном строительстве.

Ключевые слова: экологический мониторинг, источники техногенного загрязнения, управляющее воздействие, окружающая среда.

Современный этап освоения подземного пространства городов характеризуется усилением внимания к охране окружающей среды и здоровью населения, что делает необходимым проведение комплексного мониторинга в районе размещения подземных сооружений.

Комплексный мониторинг при освоении подземного пространства городов осуществляется в следующих целях:

• составление комплексной программы развития обстановки в недрах с прогнозированием последствий от функционирования подземного объекта;

• разработка программ выполнения горного, гидрогеологического, радиологического, токсического, гидрологического , почвенно-поверхност-ного, медицинского, эпидемиологического, географического мониторинга и мониторинга воздушной среды;

• разработка систем оперативного мониторинга со сбором текущих данных и передача их в соответствующие центры для сравнения с прогнозными результатами;

• разработка программ по ликвидации или минимизации последствий возникших ситуаций.

В настоящее время в результате интенсивного освоения подземного пространства, сопровождающегося использованием природных ресурсов, происходят изменение природных систем и загрязнение окружающей среды, что предопределяет необходимость проведения экологического мониторинга. Экологический мониторинг - это система наблюдений, прогнозирования и оценки текущего состояния окружающей среды, проводимая с целью выявления техногенной и естественной составляющих происходящих в нем изменений.

Система экологического мониторинга в подземном строительстве включает в себя следующие наблюдения:

• за состоянием окружающей среды в целом;

• за воздействием горно-строительной деятельности на окружающую среду;

• за загрязнением отдельных компонентов окружающей среды при возведении подземных объектов;

• за причинами наблюдаемых и вероятных изменений состояния окружающей среды под влиянием подземного строительства (об источниках и факторах воздействия);

• за допустимостью изменения и нагрузок на среду в целом.

Таким образом, в систему экологического мониторинга входят наблюдения за состоянием элементов биосферы и за источниками и факторами техногенного воздействия.

Экологический мониторинг включает в себя следующие компоненты:

• мониторинг источников техногенного воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации подземных объектов;

• мониторинг загрязнения отдельных компонентов окружающей природной среды при применении соответствующих технологий;

• социально-гигиенический мониторинг;

• обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем.

Задачи мониторинга отражены на рис. 1.

Экологический мониторинг предусматривает не только контроль состояния окружающей среды и здоровья населения, но и возможность активного воздействия на ситуацию.

В системе экологического мониторинга при строительстве подземных сооружений существует возможность управления источниками загрязнения на основании результатов математического моделирования подземных объектов, которое включает два уровня [1]:

Первый уровень обеспечивает детальное моделирование технологических процессов с учетом влияния отдельных параметров этих процессов на окружающую среду.

Второй уровень математического моделирования обеспечивает эквивалентное моделирование на основе общих показателей функционирования подземных сооружений и степени

их воздействия на окружающую среду. Эквивалентные модели необходимы для оперативного прогнозирования экологической обстановки и определения размера затрат на уменьшение количества вредных выбросов в окружающую среду.

Моделирование текущей ситуации позволяет с достаточной точностью выявить очаги загрязнения и выработать адекватное управляющее воздействие на технологическом и экономическом уровнях.

В системе экомониторинга используются следующие методы:

• аналитический, т.е. определение с помощью инструментальных или лабораторных устройств и приборов химического состава и свойств проб газообразных и водных сред;

• биоиндикационный, т.е. определение интегральных характеристик состояния воздуха, воды, почвы по параметрам растительных и животных сообществ;

• гидрогеологический, основанный на исследовании элементов и параметров естественных или искусственно возмущенных фильтрационных полей;

• геофизический, позволяющий судить о влажности, солености, напряженном состоянии, направлении движения потока подземных вод и искусственных грунтов;

• дистанционный, основанный на использовании и обоснованных способах интерпретации и дешифрирования аэро- и космоснимков.

Одним из эффективных решений является применение метода дистанционного зондирования Земли, т.е. получение любыми неконтактными методами информации о поверхности Земли, объектах на ней или в ее недрах, обычно в виде изображения земной поверхности в определенных участках электромагнитного спектра.

Рис. 1. Задачи экологического мониторинга при подземном строительстве

В подземном строительстве этот метод должен предварять строитель-

ство подземного объекта с целью выявления уже существующих источни-

ков неблагоприятных воздействий на экосистему предполагаемого района строительства и принятия соответствующих технических, технологических и архитектурно-планировочных решений.

Актуальность использование метода дистанционного зондирования Земли определяет высокая информативность космических изображений, полученных в различных частях спектра, их низкая стоимость получения, не превышающая 16 долл. США за 1 км2 [2]. Кроме этого, космические снимки покрывают обширные, в том числе труднодоступные, территории в один момент времени и в одинаковых физических условиях, и позволяют решать следующие экологические вопросы:

• оценки состояния объектов подземного строительства (определения характера загрязнения стройплощадки и утечек газообразных и жидких материалов, применяемых при применении специальных способов строительства, обнажения участков трасс тоннелей мелкого заложения и т. д.);

• оценки состояния окружающей природной среды;

• уточнения особенностей геологического строения исследуемого района строительства с выделением аномальных физических полей;

• выявления взаимодействия и внешних факторов, влияющих на окружающую среду, оценки степени ее устойчивости к техногенным воздействиям при строительстве и эксплуатации подземных объектов;

• комплексного изучения процессов взаимодействия подземных объектов с окружающей средой;

• проведения тематического районирования и картирования территорий (по природно-техническим

условиям эксплуатации подземных объектов, степени экологической на-рушенности участка строительства и т. п.);

• разработки рекомендаций по организации горно-строительных площадок;

• разработки рекомендаций по рациональному природопользованию и охране окружающей среды в районе подземного строительства;

• контроля практической реализации таких рекомендаций (например, правильность обустройства систем инженерной защиты и т. д.);

• определения целесообразного местоположения, методов строительства и эксплуатации подземных объектов, характеризующихся высоким уровнем воздействия на окружающую природную среду;

• контроль динамики атмосферных загрязнений при открытых способах строительства;

• оперативный контроль и классификация загрязнения почвы и водной среды на участке ведения горностроительных работ;

• контроль техногенного влияния подземного строительства на состояния лесопарковых зон.

Следует отметить, что экологический мониторинг включает в себя не только наблюдения за техногенными воздействиями на окружающую среду со стороны подземного объекта и строительной площадки, но и позволяет установить динамику протекания природных процессов, например, изменение ландшафтов.

При использовании метода дистанционного зондирования Земли необходимо дешифрирование полученных снимков. Дешифрование снимков проводится в соответствии с задачами исследования (экологический мониторинг, геологические исследования,

Аэрокосмические наблюдения

Состояния здоровья населения

Стационарные Передвижные

источники лаборатории

Социологические опросы

С

Сбор информации

^

Хранение и обработка информации

Представлен информации не

Моделирование экологических ситуаций

С

Принятие управленческого решения

>

'Л'Л^'Л'.'Л^ •••••

Рис. 2. Место ГИС в системе единого экологического мониторинга

съемка промышленных ландшафтов и др.) с помощью различных компьютерных программ.

Для построения карт, отображающих динамику экологического состояния территории, в настоящее время широко используются ГИС - географические информационные системы обеспечивающие сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных.

ГИС позволяют преобразовывать снимки в электронные карты, с нанесением на них не только географиче-

ской, но и тематической, в частности экологической и др. информации, а также применять к ним разнообразные аналитические операции. ГИС способны выявлять скрытые тенденции и взаимосвязи (рис. 2). В едином комплексе дистанционное зондирование и географические информационные системы, образуют эффективный метод для проведения пространственного анализа поверхности Земли.

Использование метода дистанционного зондирования для экологического мониторинга включает [2]:

• поиск нужных космических снимков, сделанных в определенном спектральном диапазоне;

• привязки космических снимков к топографическим картам рассматриваемой местности;

• картографирование динамики изменения природной среды,

• систематическое картографическое слежение за состоянием природной среды и ее изменениями.

Таким образом, одной из задач развития экологического мониторинга с использованием метода дистанционного зондирования является создание специальных карт динамики и прогноза протекания природных процессов с целью оптимизации мер инженерной зашиты окружающей среды от влияния горно-строительной деятельности.

В настоящее время разрабатывается методология сопряженного (под-земно-наземно-аэрокосмического) мо-

ниторинга, причем в качестве его концептуальной базы предлагается концепция преобладающего влияния системы физических полей Земли и околоземного пространства на природные процессы и техногенно-природные объекты.

Известно, что физические поля Земли являются неотъемлемой частью системы околоземных космических полей. Они взаимосвязаны и взаимозависимы. Их взаимодействие и есть главная движущая сила формирования и развития Земли в целом, природных и природно-техногенных ландшафтов, а также всех их компонентов.

На сегодня разработана методология сопряженного мониторинга, включающая классификацию и иерархическую соподчиненность основных направлений рекомендуемого комплекса работ, перечень основных видов таких работ.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Куликова Е.Ю. Подземная геоэкология мегаполисов. - М.: Издательство МГГУ, 2005. - 480 с.

2. Киселевская К.Е. Применение метода дистанционного зондирования Земли для экологического мониторинга. - М.: Горный инф.-аналит. бюллетень №1, 2009. - 188-190 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Куликова Елена Юрьевна - профессор, доктор технических наук, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru

A