Рязанов, Станислав Викторович. Разработка экологического мониторинга окружающей среды в районах расположения атомных станций с использованием непараметрических статистических методов

Короткий опис

Рязанов, Станислав Викторович. Разработка экологического мониторинга окружающей среды в районах расположения атомных станций с использованием непараметрических статистических методов : диссертация ... кандидата технических наук : 03.02.08 / Рязанов Станислав Викторович; [Место защиты: Междунар. независимый эколого-политол. ун-т].- Саратов, 2012.- 205 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/2418

Федеральное бюджетное учреждение
«Государственный научно-исследовательский институт
промышленной экологии» (ФБУ ГосНИИЭНП)

На правах шкотшси

РЯЗАНОВ Станислав Викторович
РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ РАСПОЛОЖЕНИЯ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Специальность 03.02.08 - Экология (в энергетике)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель -доктор технических наук, профессор В.В. Мартынов
Саратов-2012

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 7
1.1. Влияние промышленных предприятий на загрязнение
окружающей среды 7
1.1.1. Загрязнение атмосферы 7
1.1.2. Загрязнение поверхностных вод 8
1.1.3 Загрязнение подземных вод 9
1.1.4. Загрязнение почв 10
1.2. Постановка задач исследования 13
2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В РАЙОНАХ РАСПОЛОЖЕНИЯ АС 18
2.1. Организация мониторинга 18
2.2. Программа мониторинга 24
2.3. Система пробоотбора 29
2.4. Выводы 38
3. ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МОНИТОРИНГА 39
3.1. Обработка данных пробоанализа 40
3.2. Визуализация результатов мониторинга 50
3.3. Выводы 55
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА
В ФИЛИАЛЕ ФГУП КОНЦЕРН «РОСЭНЕРГОАТОМ»
«БАЛАКОВСКАЯ АТОМНАЯ СТАНЦИЯ» 57
4.1. Общая характеристика района расположения БалАС 57
4.2. Результаты фонового мониторинга 2003-2004 годов 58
4.3. Основные результаты мониторинга состояния наземных экосистем (2007-2011 годы) 70
4.4. Основные результаты мониторинга состояния водных экосистем (2007-2011 годы) 78

з
4.5. Экспертно-аналитическая система мониторинга 88
4.6. Методические рекомендации по организации производственно-экологического мониторинга на АС 96
4.7. Выводы 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 105
ПРИЛОЖЕНИЕ 112

4
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем атомной энергетики является проблема соз-дания эффективной системы поддержки программ ее развития. К числу приори-тетных задач, решаемых при создании этой системы, относится и задача аттеста¬ции объектов атомной промышленности, в том числе атомных станций (далее -АС) на соответствие современным стандартам экологически ориентированного управления промышленными предприятиями. Основная цель этой концепции — обеспечение условий для экологически безопасной эксплуатации предприятий, поскольку имеющийся опыт показывает, что какой бы совершенной ни была эко¬логическая составляющая, природоохранные проблемы всегда возникают и в ряде случаев даже могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций экологи¬ческого характера. Поэтому, несмотря на то, что при нормальной эксплуатации АС снимают часть нагрузки с окружающей среды (избавляя ее от неизбежных при выработке энергии из ископаемого топлива выбросов двуокиси серы и углерода, окислов азота и пыли), необходимой является оценка состояния окружающей сре¬ды, в том числе в интересах проживающего в районах расположения АС населе¬ния. Для этого проводится регулярный экологический контроль, основной целью которого является проверка соответствия уровней сбросов и выбросов АС уста¬новленным экологическим нормативам. Однако, попадая в окружающую среду даже в разрешенных количествах, загрязняющие вещества постепенно накапли¬ваются в различных ее компонентах, что приводит к нарушению экологического равновесия в различных экосистемах и снижению их адаптационных возможно-стей. В связи с этим необходимы постоянные наблюдения за состоянием окру-жающей среды в районах расположения АС. В теории и практике современной науки организация таких наблюдений называется экологическим мониторингом. Основной решаемой при этом задачей является получение исходных данных для изучения протекающих в окружающей среде процессов с целью установле¬ния соотношения между качественным и количественным составом загрязните¬лей, присутствующих в компонентах окружающей среды, и специфической ре¬акцией компонентов на это присутствие. Полученные результаты могут быть использованы для оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды с целью выработки рекомендаций по совершенствованию природоохранной системы в районах расположения АС. В связи с этим особую актуальность при-обретают вопросы получения и обработки этих данных для обоснования и реа-лизации различных мероприятий, направленных на снижение воздействия АС на экосистемы, т.е. организации и ведения мониторинга.

5
Цель работы - разработка экологического мониторинга окружающей среды в районах расположения атомных станций на основе использования не¬параметрических статистических методов.
Методы и средства исследования. Работа представляет собой комплекс исследований, направленных на создание системы экологического мониторинга состояния окружающей среды в районах расположения АС, выполненных с ис¬пользованием соответствующих разделов теорий систем, измерений, организа¬ции производства, вероятностей и математической статистики, математическо¬го моделирования на ЭВМ, современных информационных технологий. Экспе¬риментальные исследования и обработка их результатов проведены на образцах проб основных компонентов природной среды (почва, поверхностные воды, донные отложения, снежный покров), отобранных в наземных и водных экоси¬стемах в районе расположения действующей АС.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана концепция (обоснованы наиболее значимые конструктив¬ные принципы) организации и ведения экологического мониторинга состояния окружающей среды в районах расположения АС.
2. Обоснован подход к проектированию системы отбора проб основных компонентов природной среды (почвы, воды, донных отложений, снежного по¬крова, воздуха), обеспечивающей получение информации для достоверной оценки воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду и наглядно¬го отображения ее результатов.
3. Сформирована технология обработки данных мониторинга, основанная на использовании непараметрических процедур статистического анализа, по¬зволяющая оперативно оценивать эффективность мероприятий, направленных на обеспечение экологически безопасного функционирования АС с целью кор¬ректировки их содержания и сроков проведения.
Практическая ценность работы состоит в создании научно-методичес¬кого и информационно-аналитического обеспечения системы экологического мониторинга окружающей среды в районах расположения АС.
Реализация работы была осуществлена в филиале ФГУП концерн «Рос¬энергоатом» «Балаковская атомная станция» и позволила не только подтвер¬дить достоверность основных полученных научных результатов, но и оценить реальный вклад станции в изменение состояния наземных и водных экосистем, находящихся в районе ее расположения.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и об-суждались на Всероссийской научно-практической конференции с междуна-

6
родным участием «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров, 2007 г.), шестой Международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (г. Москва, 2008 г.), семинаре РЭА / ЭЛЕКТРИСИТЕ ДЕ ФРАНС «Окружаю¬щая среда и экологическая политика» (г. Париж, Франция, 2011 г.), Междуна¬родной научно-практической конференции «Научная мысль информационного века» (г. Пшемысль, Польша, 2012 г.), заседаниях научно-технического совета Федерального бюджетного учреждения «Государственный научно-исследова-тельский институт промышленной экологии» (г. Саратов) в 2007-2011 гг., об-щественных слушаниях по проблемам повышения технической эффективности и экологической безопасности Балаковской АС в г. Балаково в 2009-2010 гг.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных тру-дах, в том числе 3 - в изданиях из перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 104 страницах, списка литературы из 77 наименований, 40 рисунков, 5 таблиц и 5 приложений. Общий объем дис-сертации составляет 205 страниц.
В связи с изложенным на защиту выносятся следующие положения работы, определяющие ее научную новизну:
- концепция организации мониторинга окружающей среды в районах расположения АС;
- программа экологического мониторинга окружающей среды в районе расположения АС;
- алгоритм обработки результатов мониторинга;
- системы отбора проб основных компонентов природной среды в районе расположения Балаковской АС;
- результаты мониторинга состояния природных экосистем в районе рас-положения Балаковской АС.

7
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
При выработке стратегии развития топливно-энергетического комплекса Российской Федерации необходимо наряду с техническими аспектами прово-дить сравнение различных энергоносителей по степени их воздействия на ок-ружающую среду. Это связано с тем, что проблемы защиты окружающей среды рассматриваются как одни из наиболее важных глобальных проблем современ-ности, на фоне которых другие проблемы, в том числе исчерпаемость природ-ных ресурсов, отступают на второй план [1-4].

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По материалам исследований, выполненных по разработке экологическо¬го мониторинга состояния окружающей среды в районах расположения атом¬ных станций, формулируются следующие основные выводы.
1. Одной из важных проблем развития атомной энергетики является про¬блема сертификации объектов атомной промышленности на соответствие со¬временным экологическим стандартам. Несмотря на то, что при нормальной эксплуатации АС снимают часть нагрузки с окружающей среды (избавляя ее от неизбежных при выработке энергии из ископаемого топлива выбросов двуоки¬си серы и углерода, окислов азота и пыли), необходимыми являются оценка и прогноз изменений состояния среды, в том числе в интересах проживающего в районах расположения АС населения. Это диктуется настоятельными требова¬ниями со стороны общественных организаций, настаивающих на создании сис¬темы контроля за воздействием АС на окружающую среду и здоровье человека, и определяет необходимость разработки и внедрения высокоэффективных сис¬тем экологического контроля и мониторинга.
2. Объективные трудности, связанные с решением задачи организации и ведения мониторинга традиционным способом наблюдения за изменяющимися абиотическими составляющими экосистем, находящихся в районе расположе¬ния АС, определяют необходимость широкомасштабного использования био¬логических методов, основанных на моделировании процессов, протекающих в экосистемах, с целью идентификации причин изменений состояния экосистем, если они имеют место. В ряде практических случаев эти подходы становятся единственно возможными, поэтому требуют тщательной проработки вопросов, связанных с созданием математического обеспечения мониторинга, а также технологии его практического использования, поскольку сами по себе биологи¬ческие исследования не дают ответа на вопрос о причинах изменений состоя¬ния экосистем. В связи с этим решать задачу идентификации целесообразно в математической постановке, последовательно сопоставляя результаты биологи¬ческих исследований с результатами количественного химического анализа и радиоэкологических исследований.
3. Достоверная оценка степени воздействия АС на состояние окружающей среды является принципиально возможной только при условии реализации ради-ально-аксиальной структуры сети отбора проб для проведения их химических, биологических и радиоэкологических исследований. В этом случае появляется возможность реализовать процедуру гибкого реагирования на любые изменения состояния и не только сохранить информационную мощность, но и расширить со¬держательную сущность регистрируемой в ходе пробоотбора информации.

103
4. Формирование состояния окружающей среды является сложным
процессом, зависящим от различных факторов, многие из которых носят не¬
случайный характер. В связи с этим осуществить количественную оценку
этого процесса параметрическими методами статистической обработки дан¬
ных, особенно в условиях их ограниченного объема, не представляется воз¬
можным. Предложенный алгоритм на основе использования непараметри¬
ческих статистических методов позволяет решить эту задачу, поскольку их
асимптотическая эффективность может быть сколь угодно большой, и они
приводят к процедурам проверки гипотез с уровнями значимости, которые
могут быть определены при любых распределениях генеральных совокуп¬
ностей. Это делает процедуру оценки надежной, а получаемые результаты -
достоверными.
5. В наземных экосистемах на территории района расположения Бала-ковской АС существуют зоны, в которых могут формироваться области ло-кального загрязнения окружающей среды, поскольку влияние основных предприятий промышленной зоны г. Балаково выходит за пределы установ-ленных для них границ санитарно-защитных зон. В связи с этим более де-тальное изучение экосистем именно в этих зонах на основе корректировки сети пробоотбора и программы мониторинга с целью повышения его резуль-тативности в аспекте идентификации содержательной сущности формирую-щих данные области процессов (природные, антропогенные или ириродно-антропогенные) является основным направлением продолжения исследова-ний по данной проблематике.
6. Экосистема водоема-охладителя Балаковской АС испытывает повы-шенную антропогенную нагрузку, поскольку, попадая в него, токсиканты (включая радионуклиды и укрупненную в результате процесса коагуляции взвесь), нарушают биологическое равновесие, вызывая его изменения. Причем направления этих изменений могут быть различными в зависимости о того, на¬сколько эффективными являются естественные реакции основных компонентов экосистемы водоема-охладителя (высшая водная растительность, гидробионты, бентос), обеспечивающих биологическую очистку (в том числе дезактивацию) воды и депонирование загрязнителей в донных отложениях и носящих характер естественных обратных связей в экосистеме. До тех пор, пока эти связи будут отрицательными, т.е. будут способны компенсировать действие возмущений, экосистема водоема-охладителя будет оставаться устойчивой, не оказывая зна¬чимого влияния на состояние других водных экосистем района расположения Балаковской АС (прежде всего - сопредельных).

104 7. Существующая в филиале ФГУП концерн «Росэнергоатом» «Балаков-ская атомная станция» система обеспечения ее устойчивого функционирования способна обеспечить и выполнение необходимых условий по охране окружаю¬щей среды, поскольку значимые радиационные факторы в пределах установ¬ленной зоны наблюдения за АС стабильно отсутствуют. Однако с целью повы¬шения эффективности системы обеспечения экологической безопасности Бала-ковской АС целесообразным является использование мониторинга для получе¬ния в нужном объеме и с требуемой достоверностью информации, необходи¬мой для оценки эффективности мероприятий, направленных на дальнейшее улучшение экологической ситуации как на территории, так и в районе распо¬ложения станции с целью корректировки их сроков и содержания.