Реферат: Необходимость защиты окружающей среды от опасных техногенных воздействий промышленности на экосистемы

Проблему оценки защищенности окружающей среды можно представить в виде последовательного решения некоторых математических задач -

· расчет изменений и возмущений состояния среды в результате внешних воздействий, определение поля концентраций опасных веществ после стационарных и аварийных выбросов, сбросов из технологических систем АС,

· оценки вредных последствий воздействий, дозовых, токсикогенных нагрузок,

· оценки экологического ущерба, вероятностей гибели особей, деградации популяций, измений видового разнообразия,

· выбора оптимального набора мер и средств управления состоянием среды для снижения последствий вредных воздействий.

Пусть мы знаем все параметры выбросов и сбросов АС в окружающую среду, т.е. вектор q(Q,...,t) . Выделим в окружающем атомную станцию пространстве ряд биосферных объектов - характерных экосистем. Состояние объектов среды будем характеризовать вектором С=С(С₁ , С_i , B₁ , B_k , Т) - компоненты которого концентрации радиоактивных, химически вредных веществ, биомассы составляющих экосистему элементов и температуры в средах. Связь воздействий и реакции экосистем можно описать некоторым символическим уравнением

[ D+I ] (С,r,t)=q(t) d(r-r₀ )

где D - дифференциальный оператор, определяющий скорость переноса возмущений внутри рассматриваемых биосферных объектов, I - оператор взаимодействия биосферных объектов между собой, q(t) - выброс, d(r) - дельта-функция, к - координата источника выброса.

Это уравнение распространения тепловых, концентрационных и экологических возмущений в окружающей среде - некоторая система уравнений переноса вещества, биомассы и тепла в пространстве. Символическое решение для вектора состояния системы, т.е. вектора биомасс, концентраций радиоактивных продуктов и других веществ, температур, можно представить в виде

С(r,t)=[ D+I ]^-1 q(t) d(r-r₀ ).

Это поле биомасс, концентраций и температур в биосфере. В литературе имеются описания моделей экосистем различной степени сложности и детализации процессов переноса, перехода в элементах экосистем. В полном составе проблем такая задача представляется исключительно сложной как из-за большого объема вычислений, так и из-за необходимости задания большого числа эмпирических зависимостей [7]. Большой популярностью пользуется камерная модель окружающей среды, которая интегрально, в точечном приближении описывает распространение вредных нуклидов в среде и попадание их в организм человека. Расчет распределение опасных веществ во всех экозонах и сопоставление их концентраций с допустимыми значениями является основным методом исследования качества окружающей среды. Следующий этап заключается в преобразовании поля концентраций вредных веществ в поле радиационных, токсикогенных нагрузок всех элементов экосистем. Символически это преобразование есть некоторый функционал

Т хВ(кбеъ=У(кбе)

Обратное преобразование дает

В(кбе)=Т У(кбе)=Т хД+Ь ъ хЙ(кбе)ъ

Оно позволяет определить полное количество вредных веществ в организмах биоценозов и их дозовые нагрузки, как функцию времени, и сопоставить с предельными, т.е. такими, которые могут вызвать необратимые биологические изменения. При расчетах радиационной нагрузки элементов экосистем должны учитываться, разумеется

· облучение при прохождении радиоактивного облака;

· внутреннее облучение из-за поглощения радиоактивных веществ при дыхании, глотании воды, пищи;

· облучения от загрязненной радиоактивностью поверхности земли, от придонного слоя, воды водоемов.

Отметим,что полезным источником данных о коэффициентах переходов радионуклидов по разным камерам пищевых цепей, дозовых коэффициентах загрязненных поверхностей является НТД МХО "Интератомэнерго" [8].

5 Управление экологическим ущербом от загрязнения экосистем

5.1 Ограничение опасных воздействий АС на окружающую среду

Атомные станции и другие промышленные предприятия региона оказывают разнообразные воздействия на совокупность природных экосистем, составляющих экосферный регион АС. Под влиянием этих постоянно действующих или аварийных воздействий АС, других техногенных нагрузок происходит эволюция экосистем во времени, накапливаются и закрепляются изменения состояний динамического равновесия. Людям совершенно небезразлично в какую сторону направлены эти изменения в экосистемах, насколько они обратимы, каковы запасы устойчивости до значимых возмущений. Нормирование антропогенных нагрузок на экосистемы и предназначено для того, чтобы предотвращать все неблагоприятные изменения в них, а в лучшем варианте направлять эти изменения в благоприятную сторону. Чтобы разумно регулировать отношения АС с окружающей средой нужно конечно знать реакции биоценозов на возмущающие воздействия АС. Выше весьма схематично были обрисованы задачи моделирования таких воздействий. Ясно, что критические значения экологических факторов должны быть предметом специальных исследований биологов.

Подход к нормированию антропогенных воздействий может быть основан на эколого-токсикогенной концепции, т.е. необходимости предотвратить "отравление" экосистем вредными веществами и деградацию из-за чрезмерных нагрузок. Другими словами нельзя не только травить экосистемы, но и лишать их возможности свободно развиваться, нагружая шумом, пылью, отбросами, ограничивая их ареалы и пищевые ресурсы.

Чтобы избежать травмирования экосистем должны быть определены и нормативно зафиксированы некоторые предельные поступления вредных веществ в организмы особей, другие пределы воздействий, которые могли бы вызвать неприемлемые последствия на уровне популяций. Другими словами должны быть известны экологические емкости экосистем, величины которых не должны превышаться при техногенных воздействиях. Экологические емкости экосистем для различных вредных веществ следует определять по интенсивности поступления этих веществ, при которых хотя бы в одном из компонентов биоценоза возникнет критическая ситуация, т.е. когда накопление этих веществ приблизится к опасному пределу, будет достигаться критическая концентрация. В значениях предельных концентраций токсикогенов, в том числе радионуклидов, конечно, должны учитывать и синергетические, т.е. перекрестные эффекты. Однако этого, по-видимому, недостаточно. Для эффективной защиты окружающей среды необходимо законодательно ввести принцип ограничения вредных техногенных воздействий, в частности выбросов и сбросов опасных веществ. По аналогии с принципами радиационной защиты человека, упомянутыми выше, можно сказать, что принципы защиты окружающей среды состоят в том, что

· должны быть исключены необоснованные техногенные воздействия,

· накопление вредных веществ в биоценозах, техногенные нагрузки на элементы экосистем не должны превышать опасные пределы,

· поступление вредных веществ в элементы экосистем, техногенные нагрузки должны быть настолько низкими, насколько это возможно с учетом экономических и социальных факторов.

5.2 Оптимизация экологического риска экосистем

Ущерб от эксплуатации АС есть количественна характеристика вредных последствий эксплуатации АС, в том числе в результате аварийных воздействий. Обычно различают материальные, радиационные, социальные и экологические компоненты ущерба. Наиболее сложной является задача определения экологического ущерба, под которым следует понимать неблагоприятные изменения в экосистемах - потери их продуктивности, свойств саморегулирования, существенные изменения их видового разнообразия. Можно говорить о радиоэкологическом ущербе как результате облучения элементов экосистем, приводящего к потерям популяций, сдвигам в экологическом равновесии или жизненных циклах компонентов.

Наиболее зримый ущерб - это физические потери, гибель компонентов популяций. К таким последствиям можно относить и болезни, приводящие к потерям функции воспроизводства. В живой природе связи между воздействиями и последствиями формируются под влиянием многочисленных факторов, которые с трудом поддаются детерминированному выявлению. Поэтому исходы следует считать величинами случайными и использовать для их описания методы теории вероятностей. В этой связи часто используют такую вероятностную категорию, как экологический риск, определяемый как вероятность гибели элементов популяций в результате некого воздействия.

На этом пути немедленно встает вопрос о зависимости между величиной воздействия и вероятности гибели особей. Известно, что среди биологов есть много сторонников пороговой концепции воздействий, когда допускается отсутствие последствий при воздействиях, интенсивность которых меньше определенных пороговых значений. Именно так, например, принято описывать токсическое действие вредных веществ.