Необходимость защиты окружающей среды от опасных техногенных воздействий промышленности на экосистемы

1 Необходимость защиты окружающей среды от опасных техногенных возд ействий промышленности на экосистемы Экологическое состояние многих районов нашей страны вызывает законную тревогу общественности . В многочисленных публикациях и , в частности [1] , показано , что во многих регионах нашей страны наблюдается устойчивая тенденция к многократному , в десятки и более раз превышению санитарно-гигиенических норм по содер жанию в атмосфере городов окислов углерода , азота , пыли , токсичных соединений металлов , аминов и других вредных веществ . Имеются серьезные проблемы с мелиорацией земель , бесконтрольным применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений , чрезмерным исп о льзованием пестицидов , гербицидов . Происходит загрязнение сточными водами промышленных и коммунальных предприятий больших и малых рек , озер , прибрежных морских вод . Из-за постоянного загрязнения атмосферного воздуха , поверхностных и подземных вод , почв , р а стительности происходит деградация экосистем , сокращение продуктивных возможностей биосферы . Загрязнение среды обитания вредно отражается на здоровье людей , приносит значительные убытки народному хозяйству . В последнее врем обстановка ухудшилась настолько , что многие районы объявлены районами экологического бедствия . Общие выбросы двуокиси азота оцениваются в 6,5*10 8 т /год , выбросы серы составляют 2,4*10 8 т /год , промышленность выбрасывает 5,2*10 7 т /год всевозможных отходов . Выбросы углекислого газа , серни стых соединений в атмосферу в результате промышленной деятельности , функционирования энергетических , металлургических предприятий ведут к возникновению парникового эффекта и связанного с ним потепления климата . По оценкам ученых [2] глобальное потепление без принятия мер по сокращению выбросов парниковых газов составит от 2-х до 5 градусов в те чение следующего столетия , что явится беспрецедентным явлением за последние десть тысяч лет . Потепление климата , увеличение уровня океана на 60-80 см к концу следующего столетия приведут к экологической катастрофе невиданного масштаба , угрожающей деградац и ей человеческому сообществу . Другая опасность связана с дефицитом чистой пресной воды . Известно , что промышленность потребляет 3000 куб . км пресной воды в год , из которых примерно 40% возвращается в цикл , но с жидкими отходами , содержащими продукты корроз ии , отработанное масло , органику , частицы золы , смол , технологические сбросы , в том числе вредные компоненты типа тяжелых металлов и радиоактивных веществ . Эти жидкости растекаются по водным системам , причем вредные вещества депонируются в фитоценозах , до н ных отложениях , рыбах , распространяются по трофическим , т.е . пищевым цепям , попадают на стол человека . Расход пресной воды на сельскохозяйственные нужды - орошение , ирригацию стал в некоторых районах столь велик , что вызвал крупные необратимые сдвиги в эк о логическом равновесии целых регионов . Среди других экологических проблем , связанных с антропогенным воздействием на биосферу , следует упомянуть риск нарушения озонового слоя , загрязнение Мирового океана , деградацию почв и опустынивание зернопроизводящих р а йонов , закисление природных сред , изменение электрических свойств атмосферы . Характерные антропогенные радиационные воздействия на окружающую среду - · загрязнение атмосферы и территорий продуктами ядерных взрывов при испытаниях ядерного оружия в 60-тые годы , · отравление воздушного бассейна выбросами пыли , загрязнение территорий шлаками , содержащими радиоактивные вещества при сжигании ископаемых топлив в котлах электростанций , · загрязнение территорий при авариях на атомных станциях и предприятиях . Более локальные , но не менее неприятные последствия - гибель озер , рек из-з а неочищенных радиоактивных сбросов промышленных предприятий . Значительную опасность для живых существ , для популяций организмов в экосистемах представляют аварии на предприятиях химической , атомной промышленности , при транспортировании опасных и вредных веществ . Известные аварии на химическом заводе в Бхопале (Индия ), на 4-ом блоке Чернобыльской АЭС , аварии с нефтеналивными судами , да и результаты скоротечной войны в Персидском заливе показывают масштабы экологических бедствий современного общества . Очевидно , что необходим радикальный пересмотр наших отношений с природой , нужны решительные шаги по защите окружающей среды , в частности многократное у с иление мер воздействия нормативных рычагов на хозяйственную практику . Совершенно недопустимо , чтобы установленные нормативами предельные концентрации вредных веществ в воздухе , воде реально превышались в сотни раз . Нужно сделать невыгодным или даже разори т ельным пренебрежение к охране окружающей среды . Право людей на чистый воздух , чистые реки и озера должно не только декларироваться , но и реально обеспечиваться всеми доступными для государства средствами . Особо актуальными становится вопросы регулирования ответственности за ущерб , в том числе за экологический ущерб пр и создании в нашей стране основ правового государства , при переходе к рыночным отношениям в экономике . Здесь важно найти разумные экономические рычаги , правильно соотносить выгоды и потери , доходы и расходы на компенсацию ущерба . Важной задачей является р а зработка вопросов нормативного разграничения допустимых и недопустимых воздействий , оценивания стоимости экологического ущерба . Основными направлениями в ограничении вредных техногенных воздействий на биосферу являются ресурсосбережение и разработка эколо гически чистых или безотходных технологий . Чистоту вод можно улучшить методами биотехнологии . Радикальный путь оздоровления экологической обстановки - сокращение вредных выбросов и сбросов , увеличение безаварийности и безопасности опасных производств , пер еход на безотходные технологии , концентрация и надежное захоронение вредных отходов , разумное сотрудничество и международная взаимопомощь при экологических катастрофах . Большое значение для целенаправленных действий по радикальному изменению деградационны х тенденций в биосфере может сыграть Программа биосферных и экологических исследований , Декларация Конференции по защите окружающей среды [3] . В работе по оздоровлению окружающей среды , ограничению воздействий вредных веществ на биоту важную роль играют службы контроля состояния природы , среды обитания людей , локального и регионального монитори нга окружающей среды . Эти службы , вооруженные современной измерительной техникой и приборами контроля должны оперативно оповещать население о всех случаях приближения параметров окружающей среды к опасному уровню . Важную роль в защите среды обитания челов е ка от загрязнения должна сыграть глобальна система мониторинга состояния окружающей среды , охватывающая Мировой океан и все континенты , основанная на национальных системах , но находящаяся под эгидой ООН . В сокращении выбросов углекислого газа , разрешении м ногих экологических проблем все более существенную роль играет замещение традиционной энергетики на энергетику атомную . В настоящее время общепризнанно , что атомные электростанции могут быть созданы с высокими показателями надежности и безопасности , обеспечивающими выполнение самых строгих требований надзорных органов , в том числе по охране биосферы от загрязнения радиоактивными и другими вредны ми веществами . Однако следует предпринять дополнительные усилия для того , чтобы снизить риск аварий на АС . В частности решение этой задачи видится на пути разработки нового поколения реакторов с внутренне присущей безопасностью , т.е . реакторов с мощными внутренними обратными связями самозащиты и самокомпенсации . 2. О нормировании уровня загрязнения окружающей среды В Российском законодательстве имеются документы , определяющие обязанности и ответственность организаций по сохранности , защите окружающей среды . Такие акты , как Закон об охране окружающей природной среде , Закон о защите атмосферного воздуха , Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами играют определенную роль в сбережении экологических ценностей . Однако в целом эффективность природоохранных мероприятий в стране , мер по предотвращению случаев высокого и ли даже экстремально - высокого загрязнения окружающей среды оказывается очень низкой . Все техногенные воздействия на окружающую среду можно разделить на незначимые , приемлемые и недопустимые . В области незначимых воздействий все виды деятельности дозволе ны без ограничений . Это , если угодно , зона невмешательства в процессы , протекающие в окружающей среде . По-видимому , границей этой области могут быть санитарно - гигиенические нормативы по содержанию вредных веществ в воде , воздухе , пищевых продуктах . Счита е тся , что эти нормативы соответствуют порогам каких-либо неприятных воздействий веществ на здоровье людей . Однако при этом не учитывается возможность накопления , сорбирования этих веществ в других компонентах экосистем . Поэтому кроме санитарно-гигиенически х норм , дающих границу несущественности концентраций веществ с точки зрения защиты здоровья человека , должны быть установлены и экологические нормативы концентраций , разграничивающих значимые и незначимые области воздействий на экосистемы . В области значим ых концентраций , где ожидается , что интенсивность воздействий может превысить некоторый приемлемый уровень - должны приниматься меры защиты для ограничения последствий воздействий . В этой области Санитарная Инспекция и Контрольные органы Госкомприроды долж на обладать властью для принуждения организаций-загрязнителей принимать необходимые меры к сокращению количества выбрасываемых загрязнителей . В области недопустимых воздействий , где вероятный вред , ущерб и другие последствия воздействий слишком велики , де я тельность , гроз экологическими катастрофами , не должна допускаться или даже должна запрещаться . В случаях нарушения запрета виновников следует привлекать к строгой ответственности . Для установления границ этой важной области должны быть известны величины критических воздействий , которые приводили бы к деградации , угнетению биологических процессов в элементах экосистем , выводили бы экосистемы из динамического равновесия с переходом в менее благоприятные состояния . С другой стороны нужно знать и репарационн ые способности экосистем , возможности восстановления численности популяций , видового разнообразия за счет адаптивных и миграционных явлений . Природные экосистемы обладают широким спектром физических , химических и и биологических механизмов нейтрализации в редных и загрязняющих веществ . Однако при превышении значений критических поступлений таких веществ , возможно наступление деградационных явлений - ослабление выживаемости , снижение репродуктивных характеристик , уменьшение интенсивности роста , двигательной активности особей . В условиях живой природы , постоянной борьбы за ресурсы такая потеря жизнестойкости организмов грозит потерей ослабленной популяции , за которой может развиться цепь потерь других взаимодействующих популяций . Критические параметры поступл е ния веществ в экосистемы принято определять с помощью понятия экологических емкостей . Экологическая или ассимиляционная емкость экосистемы [4] - максимальная вместимость количества загрязняющих веществ , поступающих в экосистему за единицу времени , которое может быть разрушено , трансформировано и выведено из пределов экосистемы или депонировано за счет различных процессов без существенных нарушений динамического равновесия в экосистеме . Типичными процессами , определяющими интенсивность "перемалывания " вредных веществ , являются процессы переноса , микробиологического окисления и биоседиментации за г рязняющих веществ . При определении экологической емкости экосистем должны учитываться как отдельные канцерогенные и мутагенные эффекты воздействий отдельных загрязнителей , так и их синергетические , т.е . усилительные эффекты из-за совместного , сочетанного д ействия . Какой же диапазон концентраций вредных веществ надлежит контролировать ? Приведем примеры предельно допустимых концентраций вредных веществ , которые будут служить ориентирами в анализе возможностей радиационального мониторинга окружающей среды . В основном нормативном документе по радиационной безопасности - Нормах радиационной безопасности (НРБ -76/87) даны значения предельно-допустимых концентраций радиоактивных веществ в воде и воздухе для профессиональных работников и ограниченной части населени я . Данные по некоторым важным , биологически активным радионуклидам приведены в Таблице 1. Таблица 1 Значения допустимых концентраций для радионуклидов. Нуклид, N Период полураспада, Т 1/2 лет Выход при делении урана, % Допустимая концентрация, Ku/л Допусти мая концентрация в воздухе в воздухе в воздухе , Бк /м 3 в воде , Бк /кг Тритий -3 (окись ) 12,35 - 3*10 -10 4*10 -6 7,6*10 3 3*10 4 Углерод -14 5730 - 1,2*10 -10 8,2*10 -7 2,4*10 2 2,2*10 3 Железо -55 2,7 - 2,9*10 -11 7,9*10 -7 1,8*10 2 3,8*10 3 Кобальт -60 5,27 - 3*10 -13 3,5*10 -8 1,4*10 1 3,7*10 2 Криптон -85 10,3 0,293 3,5*10 2 2,2*10 3 Стронций -90 29,12 5,77 4*10 -14 4*10 -10 5,7 4,5*10 1 Иод -129 1,57*10 +7 - 2,7*10 -14 1,9*10 -10 3,7 1,1*10 1 Иод -131 8,04 сут 3,1 1,5*10 -13 1*10 -9 1,8*10 1 5,7*10 1 Цезий -135 2,6*10 +6 6,4 1,9*10 2 6,3*10 2 Свинец -210 22,3 - 2*10 -15 7,7*10 -11 1,5*10 -1 1,8 Радий -226 1600 - 8,5*10 -16 5,4*10 -11 8,6*10 -3 4,5 Уран -238 4,47*10 +9 - 2,2*10 -15 5,9*10 -10 2,8*10 1 7,3*10 -1 Плутоний -239 2,4*10 +4 - 3*10 -17 2,2*10 -9 9,1*10 -3 5 Реальные выбросы и сбр осы радиоактивных веществ при нормальной эксплуатации АЭС обычно мно го ниже допустимых , так что нормы по концентрация радионуклидов в окружающей среде вблизи АЭС безусловно выполняются . 3 Воздействие атомных станций на окружающую среду 3.1 Источники радиации Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны . Обычно говорят , что имеются физические , химические , радиационные и другие факторы техногенно го воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды . Отметим наиболее существенные факторы - · локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве , · повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации , · сток поверхно стных и грунтовых вод , содержащих химические и радиоактивные компоненты , · изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС , · изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов . Возникновение мощных источников тепла в виде градирен , водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов . Движение воды в системе внешнего теплоотвода , сбросы технологических вод , содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции , флору и фауну экосистем . Особое значение имеет распространение ра диоактивных веществ в окружающем пространстве . В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС ), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе . Общепризнанно , что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище " в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС ) на угле . Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей , экосистемы . Поэтому обеспечение безопасно сти экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий атомных электрос танций - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики , обеспечивающая ее будущее . Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы , но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды , механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей , изменения гидрол огических характеристик прилежащих к АС районов , т.е . весь комплекс техногенных воздействий , влияющих на экологическое благополучие окружающей среды . Видно , что все вопросы защиты окружающей среды составляют единый научный , организационно - технический ком плекс , который следует называть экологической безопасностью . Следует подчеркивать , что речь идет о защите экосистем и человека , как части экосферы от внешних техногенных опасностей , т.е . что экосистемы и люди являются субъектом защиты . Определением экологической безопасности может быть утверждение , что экологическая безоп асность - необходимая и достаточная защищенность экосистем и человека от вредных техногенных воздействий Обычно выделяют защиту окружающей среды как защищенность экосистем от воздействий атомных станций при их нормальной эксплуатации и безопасность как систему защитных мер в случаях аварий на них . Как видно , при таком определении понятия "безопасность " круг возможных воздействий расширен , введены рамки для необходимой и достаточной защищенности , которые разграничивают области незначимых и значимых , допустимых и недопустимых воздействий , о чем разговор пойдет ниже . Отметим , что в основе нормативных материалов по радиационной безопасности лежит идея о том , что слабейшим звеном биосферы является человек , которого и нужно защищать всеми возможными способами . Считается , что если человек буде т должным образом защищен от вредных воздействий АС , то и окружающая среда та кже будет защищена , поскольку радиорезистентность элементов экосистем как правило существенно выше человека . Ясно , что это положение не является абсолютно бесспорным , поскольку биоценозы экосистем не имеют таких возможностей , какие есть у людей - достаточ но быстро и разумно реагировать на радиационные опасности . Кроме того , различны сорбционные характеристики различных элементов биогеоценозов . И поэтому в случаях тяжелых аварий на АС запасы радио-нечувствительности биоценозов могут быть исчерпаны [4] . Отсюда следует , что при оценке уровня безопасности АС необходимо явно учитывать экологические последствия воздействий АС , а при разработке мер противоаварийной защиты АС предусматривать и действия по защите окружающей среды . Атомные электростанции оказывают на окружающую среду - тепловое , радиационное , химическое и механическое воздействие . Для обеспечения безопасности биосферы нуж ны необходимые и достаточные защитные средства . Под необходимой защитой окружающей среды будем понимать систему мер , направленных на компенсацию возможного превышения допустимых значений температур сред , механических и дозовых нагрузок , концентраций токси к огенных веществ в экосфере . Тогда защита не требуется , если Т (r,t) < T д , В (r,t) < В д , М (r,t) < M д , С i (r,t) < С i д . В противном случае , при невыполнении неравенств необходимы меры , которые будут компенсировать превышение параметров над допустимыми значени ями . Эти меры суть управляющие воздействия для возвращение системы в область нормального функционирования . Достаточность защиты достигается в том случае , когда температуры в средах , дозовые и механические нагрузки сред , концентрации вредных веществ в сред а х не превосходят предельных , критических значений , т.е . Т (r,t) < T кр , В (r,t) < В кр , М (r,t) < M кр , С i (r,t) < С i кр . Здесь и выше Т - температура , T д , T кр - допустимое и критическое значение температуры , В - дозовая нагрузка , В д , В кр - допустима и критичес кая дозовая нагрузка , M д , M кр - допустимое и предельное значение механической , например , шумовой , нагрузки , С i - концентрация i-того вещества в биосфере , С i д - предельно-допустимая концентрация (ПДК ), С i кр - критическая концентрация i-того вещества . Ита к , санитарные нормативы предельно-допустимых концентраций (ПДК ), допустимые температуры , дозовые и механические нагрузки должны быть критерием необходимости проведения мероприятий по защите окружающей среды . Система детализированных нормативов по пределам внешнего облучения , пределам содержания радиоизотопов и токсичных веществ в компонентах экосистем , механическим нагрузкам могла бы нормативно закрепить границу предельных , критических воздействий на элементы экосистем для них защиты от деградации . Другими словами должны быть известны экологические емкости для всех экосистем в рассматриваемом регионе по всем типам воздействий . Разнообразные техногенные воздействия на окружающую среду характеризуются их частотой повторения и интенсивностью . Например , выбросы вредных веществ имеют некоторую постоянную составляющую , соответствующую нормальной эксплуатации , и случайную компоненту , зависящую от вероятностей аварий , т.е . от уровня безопасности рассматриваемого объекта . Ясно , что чем тяжелее , опаснее авария , тем вероятность ее возникновения ниже . Эти воздействия и соответствующие им последствия могут быть разбиты на незначимые , допустимые и недопустимы е области . На рис . 2 показано возможное разбиение областей воздействий на экосистемы и их последствий : где А д , А кр - допустимые и критические значения А при нормальной эксплуатации . По-видимому , разумно ввести некоторые относительные коэффициенты вредности воздействий на данные элементы экосистем по отношению к некоторым эталонам . Разумеется , в качестве эталона мог бы быть взят человек . Например , нам известно сейчас по горькому опыту Чернобыля , что сосновые леса имеют радиочувствительность похожую на то , что характерно для человека , а смешанные леса и кустарники - в 5 раз меньшую . Учитывая , что воздействия АС на биосферу не ограничиваются лишь радиационными факторами , ясно , что реальную защиту окружающе й среды следует строить на основе нормативного эшелонирования защит от всех воздействий , влияющих на состояния экосистем . Меры предупреждения опасных воздействий , их предотвращения при эксплуатации , создания возможностей для их компенсации и управления вредными воздействиями должны приниматься на стадии проектирования объектов. Это предполагает разработку и создание систем экологического мониторинга регионов , разработку методов расчетного прогнозирования экологического ущерба , признанных методов оценивания экологических емкостей экосистем , методов сравнения разнотипных ущербов. В пределе эти меры должны создать базу для активного управления состоянием окружающей среды . В настоящее время принято обосновывать экологическую безопасность атомных электростанций при их проектировании в несколько стадий [10 ] . В начале работ , до реального проектирования АС разрабатывается т.н . Концепция экологической безопасности АС , в к оторой оценивается состояние окружающей среды в районе предполагаемого строительства АС и определяется уровень допустимых воздействий на природное окружение , т.е . тот уровень , который · согласуется с природоохранным и санитарно-гигиеническим законодательс твом , · учитывает социальные аспекты экологической безопасности - сохранность ценных природных комплексов , возможные изменения в жизненном укладе населения , структуре землепользования региона , а также предполагаемую реакцию населения , · обеспечивает отсу тствие значительного вмешательства в природные процессы и серьезных воздействий на биогеоценозы на прилежащих к АС территориях . Затем , в рамках Технико-экономического обоснования - ТЭО разрабатывается Оценка воздействий АС на окружающую среду - АВОС АС , а далее , уже на стадии проекта АС разрабатывается т.н . Обоснование экологической безопасности - ОЭБ АС , в котором подтверждается соответствие технических решений требованиям Концепции охраны окружающей среды в регионе . Эти материалы тщательно анализируются в рамках Экологической экспертизы , проводимой независимыми экспертами . 3.2 Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС Исходными событиями , которые развиваясь во времени , в конечном счете могут привести к вредным воздействиям на человека и окруж ающую среду , являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС . Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные , выбрасываемые в атмосферу через трубу , и жидкие сбросы , в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей , попадающие в водоемы . Возможны и промежуточные ситуац ии , как при некоторых авариях , когда горячая вода первого контура выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду . 3.3 Перенос радиоа ктивности в окружающей среде Выбросы могут быть как постоянными , находящимися под контролем эксплуатационного персонала , так и аварийными , залповыми . Включаясь в многообразные движения атмосферы , поверхностных и подземных потоков , радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде , попадают в растения , в организмы животных и человека . На Рис .3 показаны воздушные , поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в окружающей среде . Вторичные , менее значимые для нас пути , такие как ветровой перенос пыли и испарений , как и конечные потребители вредны х веществ на рисунке не показаны : Проблему оценки защищен ности 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 , · выбо ра 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 (С 1 , С i , B 1 , B k , Т ) - компоненты которого концентрации радиоактивных , химически вредных веществ , биомассы составляющих экосистему элементов и темпе ратуры в средах . Связь воздействий и реакции экосистем можно описать некоторым символическим уравнением [ D+I ] (С ,r,t)=q(t) d(r-r 0 ) 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 -r 0 ). 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 представляетс я 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 , раз у меется · 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 совок упность 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 ди н амического 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 т ого , 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 воздейств и я 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 развив а ться , 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 в оздействий , 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 д л я 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 достига т ься 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 с р еды 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 окружающе й 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 . Обы чно 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 разноо бразия . 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 ко мпонентов 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 детерм и нированному 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 до пускается отсутствие последствий при воздействиях , интенсивность которых меньше определенных пороговых значений . Именно так , например , принято описывать токсическое действие вредных веществ . Много споров вызывает проблема радиационных последствий , которая применительно к человеку , как известно , разрешена в виде принятия безпороговой линейной концепции зависимости доза-эффект . Применительно к экосистемам более правдоподобными выглядят концепции сигмообразных зависимостей эффектов от воздействий . Будем счит а ть , что такие зависимости , как к (е )=кхВ (е )ъ , где В - дозовая или иная нагрузка , к - индивидуальный риск , нам известны . Тогда средний риск от воздействия к =Ы к (В )т /Т , где т /Т - относительное число особей , воспринявших нагрузку В . Стоимостью эколог ического риска будем называть суммарные потери в пораженных экосистемах , выраженные в некоторой ценностной форме . где S i - стоимость единичной потери . Но как оценить эту стоимость ? Ясно , что в стоимость ущерба должны входить не только оценки количества пораженных особей , потери потребительской массы загублен ной живой природы (количество древесины , килограммов рыбы , зерна , плодов ), но и стоимости их нематериальной сути - потери чистоты рек , озер , воздуха , как необходимых компонентов радостей жизни , ее красоты . В этом смысле каждую погибшую единицу природы сле дует оценивать не только с точки зрения материала , товара , продукта , но и с точки зрения элемента здания природы . Можно , как это предложено в работе [9] , называть эти две части материальной и субъективной составляющими стоимости ущерба . Тогда зная реальные расходы на безопасность и оценивая вероятные последствия аварий при эксплуатации АС можно провести оптимизацию безопасности экосферы . Строго говоря оптимизация безопасности АС - это комплексная задача , цель которой найти оптимальные условия функционирования АС по всем значимым ее компонентам - техническим схемам и параметрам оборудования , защитным сист емам , правилам эксплуатации и обслуживания , с учетом характеристик площадки и внешнего окружения . При такой оптимизации нужно учитывать все компоненты расходов и возможные потери по всем вариантам развития аварийных процессов . Поскольку задача в такой пос т ановке слишком громоздка , часто расчленяют ее на более элементарные . Так в соответствии с рекомендации МКРЗ говорят об оптимизации радиационной безопасности . Можно подобным образом ставить вопрос об оптимизации безопасности экосистем . Пусть мы знаем проектные расходы на природоохранные мероприятия . Ясно , что чем меньше выд елено средств на защиту природы , тем ожидаемый ущерб экосистемам от разнообразных опасных воздействий будет больше . На компенсацию этого экологического ущерба необходимо истратить некоторые денежные ресурсы , которые должны быть добавлены к проектным расхо д ам . Сумма расходов имеет минимум . На рис . 4 показаны кривые ущерба при проектных мерах защиты экосистем , стоимость компенсации экологического ущерба и суммарные расходы , имеющие минимум , который и соответствует оптимальному варианту защиты окружающей сред ы . Разумеется все расходы должны быть исчислены в одной системе цен,должны быть приведены к одному моменту времени , т.е . дисконтированы . Тогда условием минимума расходов будет равенство производной от суммарной стоимости нулю : или Следовательно , минимум затрат реализуется при Итак , для оценок экологического ущерба экосистем необходимы расчеты переходных процессов в экосистемах при возмущении равновесия , определение пределов устойчивости экосистем . Следует ск азать , что допустимые и критические параметры сред должны быть дифференцированы , для того чтобы регулировать безопасность в локальном , региональном и глобальном масштабе . Нормы защиты окружающей среды должны предусматривать обязательное восстановление кач ества среды , т.е . необходимую дезактивацию территорий , рекультивацию пахотных земель , oчистку воды водоемов . Желательно , чтобы в проектах АС были предусмотрены средства борьбы с чрезмерным загрязнением окружающей среды и для эффективного восстановления качества окружающей среды . Такие меры как фильтрационная очистка водоемов , пром ывка загрязненных участков с последующим сбором и очисткой всех сливов с загрязненных участков , временные укрытия особо ценных участков могут быть вполне экономически целесообразны и эффективны . Цель этих мероприятий - недопущение поступлений в элементы э к осистем вредных веществ в количествах , превышающих возможности их экологических емкостей . Эти мероприятия составляют тот комплекс , который называют управлением состояния системы Атомная станция + Окружающая среда [10] . 5.3 Вредные факторы и мониторинг окружающей среды Важным элементов охраны окружающей среды является мониторинг экосистем , конт роль состояния "здоровья " биоценозов . Задачи мониторинга состоят в том [4] , чтобы · получ ить комплексную информацию о концентрациях вредных веществ в различных компонентах экосистем , · сопоставить результаты измерений с нормативными показателями содержания веществ в компонентах экосистем , · оценить состояние экосистем и возможные последствия техногенных воздействий , · использовать результаты измерений для совершенствования расчетного моделирования процессов в экосистемах и оценок последствий техногенных воздействий , · использовать результаты анализа для разработки "обратных связей " и управл ения состоянием системы " АЭС + окружающая среда ". 6. Литература 1. М . Попов , Т . Ерохина "Состояние загрязнения атмосферы на территории СССР в 1990 г . и тенденция его изменения за последнее пятилетие ", "Метеорологи и гидрологи ", N 4, 1991 г. 2. Ю.А . Израэ ль "Проблемы всестороннего анализа окружающей среды и принципы комплексного мониторинга " в сб . "Всесторонний анализ окружающей природной среды ", Ленинград , Гидрометеоиздат , стр .16, 1988 г. 3. Д . Никитин , Ю . Новиков "Окружающая среда и человек ", Изд . 2-ое , М ., Изд . Высш . школа , 1986 г. 4. А.М . Букринский , В.А . Сидоренко , Н.А . Штейнберг "Безопасность атомных станций и ее государственное регулирование ", Атомная энергия , том 68, вып . 5, май 1990 г. 5. Публикация МКРЗ N 26, "Радиационная защита ", Москва , Ато миздат , 1978 г. 6. Р.М . Алексахин , И.И . Крышев , С.В . Фесенко , Н.И . Санжарова "Радиоэкологические проблемы ядерной энергетики ", Атомная энергия , том 68, вып . 5, май 1990 г. 7. Г . Козубова , А . Таскаева (ред .) "Радиационное воздействие на хвойные леса в ра йоне аварии на Чернобыльской АЭС ", Ур.О АН СССР , Сыктывкар 1990 г. 8. НТД МХО Интератомэнерго 38.220.56-84 "Методы расчета распространения радиоактивных веществ с АЭС и облучения окружающего населения ", Москва , Энергоатомиздат , 1984 г. 9. И.И . Крышев , Т.Г . Сазыкина "Имитационные модели динамики экосистем в условиях антропогенного воздействия ТЭС и АЭС ", Москва , Энергоатомиздат 1990 г. 10. В.В . Бадев , Ю.А . Егоров , С.В . Казаков "Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС ", Москва , Энергоатомиздат , 1990 г.