Мониторинг гидросферы земли

Содержание

 

Введение            2

1. Система наблюдений за изменениями в гидросфере    4

1.1 Методы измерения скорости и расхода воды    4

1.2. Экспедиционные исследования      7

2. Мониторинг загрязнения различных типов вод     9

2.1. Мониторинг  загрязнения вод суши      9

2.2. Мониторинг загрязнения морей               12

3.  Передача, обработка и хранение данных  наблюдений           13

Заключение                  15

Список использованных источников              16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

В системе  охраны окружающей среды и экологического управления важная роль отводится формированию подсистемы экологического мониторинга. Мониторинг – система наблюдений за состоянием объекта изучения, отражения динамики происходящих в нем изменений и прогноза развития ситуации.

Экологический мониторинг – в научном плане – это система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающая информацию о состоянии окружающей среды с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза в будущем параметров, имеющих значение для человека и сохранения самой среды. Мониторинг окружающей среды (МОС) – комплекс мероприятий по определению состояния биосферы и слежению за нарушениями экологического равновесия[7].

В своей  работе я хочу познакомить вас  с мониторингом водной оболочки Земли – гидросферы. Она играет важнейшую роль в существовании биосферы и человека. Расположена в нижней части атмосферы, на поверхности земной коры и в ее толще, представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод, снежного покрова и ледников).

Целью реферата является описание организации и современных методов наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, Мировом океане, на поверхности суши и ее водных объектах, а также за загрязнением водных объектов. Содержание и перенос влаги в атмосфере, гидрологический и гидрохимический режим океанов и морей, рек и озер, искусственных водоемов, подземных вод, колебания баланса массы льда и стока воды с ледников, колебания размеров снежников в горах и другие сходные явления изучаются наземными средствами наблюдений, радиолокацией, зондированием атмосферы летательными аппаратами, в том числе из космоса.

Исключительная  роль воды в жизни человека и всего  живого на Земле обусловливает большое  и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы и режиму водных объектов. Тема является весьма актуальной также потому, что информация о состоянии гидросферы и ее объектов широко используется в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в предупреждении о стихийных бедствиях (наводнениях, засухах, селевых потоках и сходе снежных лавин) и опасной для человека, водных и околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы. Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому и экологическому состоянию водных объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Система наблюдений за изменениями в гидросфере

 

1.1 Методы измерения скорости и расхода воды

 

Наблюдения  за состоянием гидросферы являются частью общей системы наблюдений за окружающей природной средой (рис. 1.1.). Основная работа по организации и осуществлению наблюдений, сбора и обработки информации о состоянии гидросферы выполняется национальными метеорологическими, гидрологическими, геологическими службами и водохозяйственными организациями стран земного шара[10].

Рис.1.1. Схема мониторинга

 

Начало  создания национальных служб и международного сотрудничества в изучении гидросферы относится к середине XIX века, когда  была разработана программа проведения метеорологических наблюдений в  океанах с целью повышения  безопасности жизни на море. В результате прогресса, достигнутого в различных  научных областях, в XX веке были разработаны  и быстро усовершенствовались методы наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, океанах и водных объектах суши.

Были  приняты меры по обмену данными наблюдений между службами. По мере совершенствования  средств телесвязи такой обмен  становится более быстрым и надежным[1].

Разработки  в области использования спутников  и компьютерной технологии привели  к созданию в 1963 году под эгидой Всемирной  метеорологической организации (ВМО) комплексной всемирной оперативной  системы, названной Всемирной службой  погоды, которая включает глобальную систему телесвязи и глобальную систему обработки данных. Создана  также глобальная система сбора  океанографических данных.

В настоящее  время действуют около 9 тыс. станций  на суше, производящих наблюдения за влажностью воздуха, облачностью, количеством  выпадающих атмосферных осадков. Около 700 морских судов производят наблюдения за состоянием вод Мирового океана. Данные дополняются наблюдениями с коммерческих самолетов. Передают информацию и 300 заякоренных буев или фиксированных платформ, работающих как автоматические морские станции, и около 600 буев, дрейфующих с океанскими течениями[12].

Наиболее  широкое распространение для  измерения скорости потока, которая  в сочетании с оценкой площади  поперечного сечения потока промерами  является основой для оценки расхода  воды, получили гидрометрические вертушки различных типов (рис. 3).

Рис.1.2. Гидрометрическая вертушка

 

Для уменьшения трудоемкости измерений и обработки  данных в последние годы разработаны  автоматизированные системы измерения  скорости и расхода воды контролируемого  потока с движущегося судна с  использованием кроме вертушки гидроакустического оборудования. В основе этого метода лежит эффект Доплера, который проявляется  в смещении частоты отраженной от движущегося объекта электромагнитной волны на так называемую частоту  Доплера:

где V – относительная скорость источника и приёмника;

C – скорость  света; 

λ – воспринимаемая длина волны; λ₀ – исходная длина волны.

Работа  по измерению расходов воды заключается  в пересечении реки судном по заранее  выбранному направлению, в оценке скорости течения воды и скорости судна, учете  угла измерения скорости течения  по отношению к поперечному сечению  и измерению глубины реки. Эти  сведения собирают и обрабатывают в  компьютере на судне. Наиболее целесообразно  использование этого метода на больших  реках, где измерения скорости вертушкой  не только особенно трудоемки, но и  сопряжены с опасностью[4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Экспедиционные исследования

 

Приземные и наземные наблюдения, аэрологическое зондирование и систематические  глобальные спутниковые измерения  все же не обеспечивают всей необходимой  информации для изучения механизмов, лежащих в основе природных процессов  взаимодействия компонентов гидросферы от формирования облаков и их воздействия  на перенос солнечной радиации до океанической циркуляции, которая реагирует  на малые изменения в потоках  между поверхностью океана и атмосферой. Это во многом определяет динамику климата, изменения влагопереноса  с океанов на сушу.

Для того чтобы количественно определить взаимодействие между глобальной циркуляцией  атмосферы, переносами воды и энергии, мировой океанической циркуляцией  и морскими льдами, влажностью поверхности  суши и гидрологическим режимом  водных объектов суши, осуществляются национальные и международные проекты  комплексных стационарных и экспедиционных исследований.

Учитывая  недостаточность информации о Мировом  океане и взаимодействии океана и  атмосферы, наибольшее количество экспедиций осуществлено в океаны и моря. Так, за 25 лет, с 1970 по 1994 год, научно-исследовательскими судами (НИС) России проведены экспедиционные наблюдения по 54 проектам исследований Мирового океана, из них 13 международных  проектов. В рамках этих проектов выполнено  более 1100 рейсов НИС (без рейсов во внутренние и окраинные моря России)[5].

Накопленные в результате экспедиций массивы  данных наблюдений содержат информацию, позволившую уточнить знания о природе, причинно-следственных связях, механизмах возникновения, развития и затухания  гидрометеорологических, физико-химических, биологических и геологических  процессов, протекающих на поверхности  и в толще вод океана, в атмосфере  над ним и на морском дне.

Существенному расширению знаний о распределении  и режиме горных ледников, материковых  оледенений Антарктиды и арктических  островов, о ресурсах пресной воды на Земле и режиме водных объектов суши способствуют международные программы  ЮНЕСКО, проводимые с 1957 года с уточнениями  целей и состава научных исследований на каждое десятилетие. Одним из значительных результатов работы по этим программам является открытие в 1995 году российскими  учеными реликтового озера под  ледовым панцирем Антарктиды (рис.1.3.).

Рис.3.1. Реликтовое озеро «Восток» в Антарктиде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Мониторинг загрязнения различных типов вод

 

2.1. Мониторинг загрязнения вод суши

 

Проблема  загрязнения вод суши (рек, озер, водохранилищ, подземных вод) тесно  связана с проблемой обеспеченности пресной водой, поэтому наблюдениям  и контролю за уровнем загрязнения  водных объектов уделяется особое внимание. Служба контроля за уровнем загрязнения  пресных вод является частью национальных систем мониторинга загрязнения  окружающей среды[6].

Основная  цель службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения вод суши заключается в получении информации о качестве вод, необходимой для  осуществления мероприятий как  по охране вод, так и по рациональному  использованию водных ресурсов. Важная задача мониторинга – изучение процессов самоочищения водных объектов и накопления загрязняющих веществ в донных отложениях и изучение закономерностей выноса веществ в водоемы (моря, озера, водохранилища).

Основными объектами при выборе пунктов  наблюдений за уровнем загрязнения  поверхностных вод суши являются места сброса хозяйственно-бытовых  и промышленных сточных вод, в  том числе подогретых вод от ТЭС, ГРЭС, АЭС. Районами повышенного внимания экологи считают также крупные  нерестилища и зимовья ценных пород рыб, устьевые зоны рек.

Система мониторинга поверхностных вод  призвана обеспечивать получение надежной информации о состоянии водного  объекта в любой его точке  и в любой момент времени. Наряду с увеличением густоты сети наблюдений это достигается комплексным  гидродинамическим и химико-биологическим  моделированием процессов массообмена, аккумуляции, трансформации и миграции загрязняющих веществ в водных объектах, изучением взаимосвязи поверхностных  и подземных вод, изучением динамики состава органических веществ в  процессе химико-биологических превращений[9].

Например, 30-летний комплексный мониторинг различных  природных сред Байкала (рис. 2.1.) позволил определить устойчивые изменения гидрохимических показателей притоков озера, рост отрицательного влияния на прибрежные зоны озера (водную толщу и донные отложения) Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, Байкальско-Амурской железнодорожной магистрали, портов.

Рис.2.1. Озеро  Байкал

 

Особенно  сильное воздействие практической деятельности человека на экосистему Байкала наблюдалось в 60-80-е годы. Большую опасность для экосистем  озера представляют изменения гидробиологических характеристик водоема: Байкал начал  испытывать вторжение новых видов  гидробионтов (организмов, обитающих  в водной среде), существенные изменения  произошли и в составе донных отложений[11].

Среди загрязняющих веществ, попадающих в притоки и  озера, особую опасность представляют серосодержащие вещества, остротоксичные хлорорганические соединения (хлорфенолы, диоксины), тяжелые металлы. Все это  свидетельствует о большой вероятности  продолжения ухудшения состояния  экосистемы Байкала в недалеком  будущем.

Часто зонами наибольшей биологической продуктивности водных объектов являются устьевые участки  рек (нижнее течение и дельта). Но в этих же зонах контакта речных вод и вод водоприемника (море, озеро, водохранилище) происходит наибольшее накопление всех загрязняющих веществ, смытых реками с их бассейнов. Поэтому  они становятся зонами наибольшего  экологического неблагополучия. Например, комплексный мониторинг Невской  губы позволил выделить экологически опасные зоны водной системы на границе  вода-дно. Загрязнение донных отложений  играет негативную роль в изменении  качества воды, особенно в маловодные годы.

Измерения речного стока и наблюдения за колебаниями уровня воды в озерах и водоносных пластах почвогрунтов проводятся на регулярной основе в  некоторых пунктах с начала XX века, но наибольшее развитие стационарная сеть получила в середине XX века. В  настоящее время действуют около 60 тыс. водомерных постов и станций. Но и до сих пор на некоторых, даже больших и важных в хозяйственном  отношении реках измерение стока  еще не производится. Это объясняется  большой трудоемкостью измерений  скорости и расхода воды (объем  воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени)[2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Мониторинг загрязнения морей

 

Организация загрязнения морских водоемов имеет  особенности и требуется для  решения таких основных задач, как: