Методи моніторингу техногенного рельєфу (на прикладі Нововолинського кам'яновугільного басейну)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

Розділ 1. Моніторинг навколишнього природного середовища і місце в ньому методів дослідження рельєфу

1.1. Суть та завдання моніторингу навколишнього природного середовища

1.2. Функціональна структура система моніторингу

1.3. Ієрархічна модель моніторингу рельєфу в системі моніторингового аналізу навколишнього природного середовища

Розділ 2. Теоретико-методичні основи організації геодезичного моніторингу змін рельєфу територій вугільно добувної промисловості

2.1. Особливості кількісного аналізу деформування земної поверхні

2.2. Представлення горизонтальних деформацій земної поверхні за результатами повторних лінійно-кутових вимірів

2.3. Точність обчислення координат території яка деформується методами наземної стереофотограмметричної зйомки

Розділ 3. Експериментальні геодезичні спостереження за станом деформацій земної поверхні на території Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну (на прикладі м. Нововолинська)

3.1. Фактори формування рельєфу ЛВквб

3.2. Комп'ютерно-експерементальні дослідження рельєфу для Іваничівського району за допомогою кореляційних дій та ізотропності

3.3. Аналіз та оцінка динаміки техногенного рельєфу території м. Нововолинськ на основі моніторингової геодезичної інформації

Розділ 4. Охорона праці

Розділ 5. Цивільна оборона

Висновки

Література

ВСТУП

З кожним роком збільшується техногенне навантаження на природне середовище. Так, в районах видобутку корисних копалин кар'єрним чи вахтовим способами формується природно-антропогенний рельєф. Йому властива підвищена нестійкість, висока динамічність, інтенсивний розвиток небезпечних геоморфологічних процесів: ерозійних, карстово-суфозійних та провально-деформаційних, а також антропогенно обумовлені явища підтоплення, заболочення, забруднення ґрунтів, поверхневих і підземних вод, інших компонентів ландшафту. Ці процеси часто призводять до непередбачених наслідків і суттєво порушують екологічну рівновагу різнорангових природних систем. Виникає необхідність більш глибокого пізнання причин, факторів і механізмів виникнення та розвитку таких явищ, встановлення тенденцій зміни екологічної ситуації під їх впливом, вирішення природоохоронних і господарських проблем, пов'язаних а цими процесами.

В Україні таким регіоном з напруженою геолого-екологічною ситуацією є Львівсько-Волинський кам'яновугільний басейн. Найбільш гострі екологічні проблеми тут обумовлені видобутком вугілля шахтовим способом. До них належать значні деформації земної поверхні над шахтними полями. Вони займають площу майже 150 кмІ. На сьогодні через просідання земної поверхні ліквідовано більше сотні садиб, підтоплені тисячі гектарів орної землі та лісових масивів. Майже 200 га сільськогосподарських угідь зайнято під відвалами, в яких зберігається більше 40 млн.мі гірських порід.

У зв'язку з тим, що під населеними пунктами знаходиться більша частина розвіданих запасів вугілля, їх видобуток у майбутньому неминуче викличе ще більше загострення геолого-екологічної ситуації.

Враховуючи ці аспекти, стає очевидною необхідність спеціальних досліджень техногенних перетворень рельєфу та геологічного середовища на території Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну. Ці завдання доцільно вирішувати шляхом здійснення моніторингу природних ландшафтів та техногенного рельєфу і створення універсальної геоінформаційної системи «Природно-техногенні системи Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну». Основу її функціональної структури можуть скласти геодезичні дослідження і спостереження, які доцільно об'єднати в систему геодезичного моніторингу техногенного рельєфу.

Актуальність такого моніторингу зумовлюється: 1) необхідністю отримання інформації про стан та динаміку природно-антропогенних систем; 2) важливістю переходу від концептуального до реального імітаційного моделювання динаміки природно-техногенного рельєфу; 3) важливістю та своєчасністю пошуків виходу як з економічної, так і екологічної кризи, в якій опинився вугільний басейн і природне середовище цього регіону в цілому; 4) необхідністю вирішення проблем рекультивації порушеного гірничо-технічною діяльністю рельєфу та геологічного середовища, управління станом природно-техногенних систем і природокористуванням.

Актуальність теми дослідження: Отримані в процесі дослідження матеріали можуть бути використані при проектуванні, будівництві та експлуатації нових шахт і господарських об'єктів, розробці природоохоронних заходів, тектонофізичному районуванні, а методика спостережень - при веденні моніторингу рельєфу в інших районах.

Об'єктом дослідження: є техногенний рельєф Нововолинського кам'яновугільного басейну, природно-господарські системи, які «вписані» в геологічне середовище і зазнають впливу несприятливих для людини процесів і явищ, обумовлених підземним видобутком корисних копалин.

Предмет дослідження - методи моніторингу техногенного рельєфу як елементи системи моніторингу навколишнього середовища.

Мета і завдання роботи. Мета дипломної роботи - теоретичне обґрунтування та розробка методичних основ організації системи моніторингу техногенного рельєфу як складової частини моніторингу навколишнього природного середовища регіону.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- провести теоретичний аналіз системи моніторингу навколишнього природного середовища та обґрунтувати його функціональну структуру;

- розробити концептуальну модель моніторингу техногенного рельєфу і визначити його місце в системі моніторингу навколишнього природного середовища;

- обґрунтувати методологічні підходи та розробити методичні положення проведення геодезичних спостережень за деформаційними процесами техногенного рельєфу;

- провести аналіз динаміки техногенного рельєфу Нововолинського кам'яновугільного басейну та сформулювати критерії вибору об'єктів спостережень;

- обґрунтувати принципи та на основі геодезичних даних здійснити районування досліджуваної території за ступенем небезпеки деформацій рельєфу;

- дати прогнозну оцінку змін земної поверхні та розробити рекомендації по застосуванню геодезичних методів спостережень в процесі контролю за станом техногенного рельєфу та розробці заходів по зменшенню і попередженню негативних наслідків його деформацій.

Структура дипломного проекту: Дипломний проект на тему «Методи моніторингу техногенного рельєфу (на прикладі Нововолинського кам'яновугільного басейну» складається із вступу, 5 розділів, висновків та списку використаних джерел. Перший розділ присвячений теоретичним основам моніторингу навколишнього природного середовища. У другому розділі розглянуто теоретико-методичні основи організації геодезичного моніторингу та наземної стереофотограмметричної зйомки. Третій розділ характеризує рівень відповідності експериментальних даних з геодезичними спостереженнями за станом деформацій земної поверхні досліджувальної ділянки на території Нововолинського кам'яновугільного басейну. Четвертий та п`ятий розділи включають в себе охорону праці та цивільну оборону.

РОЗДІЛ 1. МОНІТОРИНГ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА І МІСЦЕ В НЬОМУ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ РЕЛЬЄФУ

1.1 Суть та завдання моніторингу навколишнього природного середовища

Ще декілька десятків років тому не виникало серйозних побоювань в тому, що вплив людини на природу буде настільки масштабним і непередбачуваним. Останнім часом стало очевидним, що людство стоїть на межі екологічної катастрофи і потрібно тепер говорити не про сліди, а про глибокі рани, які ми нанесли і продовжуємо наносити природі. Завдяки науково-технічному прогресу людина, за образним зауваженням В.І.Вернадського, стала провідною геологічною силою на планеті. Ось чому протиборство людини з природою, яке склалося історично і переслідувало мету експлуатації природних ресурсів, сьогодні неспроможне забезпечити розвиток суспільного виробництва і збереження екологічної рівноваги на Землі. Таке протистояння призводить до локальних та регіональних екологічних криз і катастроф, ставить під загрозу існування суспільства.

Подальший розвиток господарства неможливий без реалізації нових принципів природокористування, які пов'язані з розробкою інженерних основ конструювання стійких, екологічно збалансованих природно-господарських систем, підтримки динамічної рівноваги природного середовища. При цьому предметом досліджень є процеси взаємодії господарських об'єктів і систем, інших результатів життєдіяльності людини і суспільства з навколишнім природним середовищем. Предметною областю аналізу виступає зона впливу конкретної технології, в межах якої формується нова функціональна система геокомплексів з визначеною структурою, продуктивністю, санітарно-гігієнічними та іншими параметрами, які змінюються в часі і просторі, синхронно чи з ефектом запізнення, реагуюча на зміну технології, самовідновного потенціалу та взаємозв'язків між компонентами природних і господарських комплексів.

Основний принцип методології природокористування повинен полягати в нормуванні масштабів та інтенсивності впливу будь-якого виробництва на навколишнє середовище в зоні проектування, розміщення чи функціонування господарських об'єктів та технологічних процесів.

Спустошення та деградація об'єктів живої природи в смузі впливу підприємств повинні стати абсолютно недопустимим явищем. Регульоване розміщення продуктивних сил не допускає ніякої гігантоманії та вольових рішень. Будь-яке виробництво може розвиватись тільки на еколого-географічних принципах. Кожний проект чи план соціально-економічного розвитку повинен базуватися на територіальній комплексній схемі охорони природи, тобто включати проект природокористування.

В проектах природокористування в зонах впливу підприємств і промислових вузлів на навколишнє середовище доцільно враховувати:

1) особливості будови, геохімічного складу і біологічної продуктивності геосистем, їх стійкості до впливу технологічних процесів, господарських об'єктів та різних видів природокористування;

2) сучасний стан навколишнього природного середовища - атмосферного повітря, ґрунтів, рельєфу, поверхневих і підземних вод, рослинного і тваринного світу, а також тенденції його зміни під впливом природних і антропогенних факторів;

3) закономірності будови різнорангових систем довкілля, можливості їх оптимізації з урахуванням стійкості до техногенного впливу, цінності земель та інших природних ресурсів;

4) санітарні нормативи, якими регламентуються допустимі відхилення стану компонентів природного середовища від фонових показників.

Людство продукує і складує на поверхні планети величезну кількість відходів, які природа не в змозі асимілювати чи знешкодити. Своєю індустріальною діяльністю людина наносить величезну шкоду природним системам і спонтанно вмикає екологічні кризи.

Недоцільно називати пошкоджену людьми біосферу сферою розуму і нового життя. Слідуючи академіку О.Ферсману, правильним назвати цю оболонку Землі техносферою, враховуючи уроки екологічно неграмотного вторгнення людини в природне середовище. Необхідно розробити і втілити на практиці принципи, які спроможні перетворити техносферу в неосферу - в оболонку, де процеси будуть регулюватись людиною. Подальша доля біосфери і людства багато залежить від здатності людей розробити і втілити маловідходні і безвідходні технології, безстічні системи водокористування, комплексне використання сировини й утилізацію відходів, припинити газопилові викиди в атмосферу, сформувати територіально-виробничі комплекси із замкненими системами матеріального балансу речовини, включаючи відходи виробництва. Потрібно запозичити у природи раціональні механізми, прийоми і процеси використання ресурсів.

Слід зауважити, шо антропогенний вплив на природне середовище призводить не тільки до негативних, але і до позитивних результатів. Позитивна перетворююча діяльність людини пов'язана з освоєнням пустинних територій, меліорацією земель, лісовідновленням, підвищенням родючості ґрунтів тощо. Негативні тенденції проявляються в підведенні мінералізації і забрудненні найбільш цінних прісних і мінеральних вод, в зміні інтенсивності та напрямку природних і прояву раніше невідомих в природі процесів техногенної міграції хімічних елементів.

Багаті запаси мінеральних ресурсів і недосконалість технології їх розробки та переробки склали протиріччя між виробництвом і рівнем конфортності навколишнього середовища. Їх суть полягає, перш за все, у звільненні масштабів та інтенсивності шкідливих для людини змін середовища і його окремих компонентів. Тому сьогодні є надзвичайно актуальним питання створення і функціонування досконалої систем моніторингу навколишнього природного середовища.

Проблемам моніторингу навколишнього середовища велика увага приділяється як в окремих країнах, так і на міжнародному рівні. Глобальна система моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС) була створена ще в 1975 році. Вона складається з п'яти взаємопов'язаних підсистемах (дослідження клімату, далекого переносу забруднюючих речовин, гігієнічних аспектів навколишнього середовища, океану і відновних ресурсів суші). В межах ГСМНС існує 22 мережі діючих станцій системи глобального моніторингу. Також були створені міжнародні і національні системи моніторингу, орієнтовані на вивчення найбільш актуальних проблем сучасного природокористування і охорони навколишнього середовища.

Одною з центральних ідей моніторингу є забезпечення виходу на принципово новий рівень компетентності при прийнятті практичних управлінських рішень локального, регіонального і глобального масштабів. Але майже двадцятирічний досвід показує, що в значній мірі системи моніторингу переважно займаються формальним нагромадженням фактичного матеріалу, часто відірваного від потреб організацій і осіб, відповідальних за прийняття управлінських рішень. Тому важливим аспектом в цьому питанні є якраз спрямування роботи систем моніторингу на вирішення конкретних проблем раціонального природокористування та охорони довкілля[4].

В якості міжнародного моніторингу прийнято використовувати визначення його суті, дане Ю.Ізраелем: «Моніторинг - система повторних спостережень одного і більше елементів навколишнього природного середовища в просторі і часі з визначеним завданнями». Завдання ж сформульовані як «спостереження за факторами впливу, стеження за станом і зміною стану біосфери, оцінка тенденцій зміни цього стану». Відповідно до концепції Ю.Ізраеля, суть моніторингу зводиться до спостережень і аналізу стану природного середовища, а його регулювання - до нормування забруднення, тобто стеження за тим, щоб викиди не перевищували встановлених норм.

М. Реймерс і А. Яблоков вважають, що моніторинг - це стеження за станом природного середовща і попередження про виникаючи критичні ситуації, шкідливі або небезпечні для людей чи інших живих організмів. Це доводить, що сучасна система моніторингу в такому вигляді нікого ні про що не попереджує. Теперішній моніторинг є просто технічним - дає інформацію про те, що відбувається в природному середовищі.

Дещо по-іншому розуміє завдання моніторингу Р.Манн. На його думку, комплексний моніторинг «повинен забезпечити можливість завчасно виявити наближення змін в природному середовищі і біосфері». Тобто, моніторинг уявляється як важлива складова частина механізму управління, яка дозволяє оцінювати ефективність прийнятих охоронних заходів. З допомогою моніторингу суспільство отримує можливість більше знати про середовище свого існування і приймати необхідні заходи по його покращенню. Дані про стан природного середовища можуть виступати в якості критерію ефективності прийнятих заходів. Є можливість також поставити питання про економічну ефективність моніторингу: якщо адекватно оцінити збитки від забруднення природного середовища, то можна співставити затрати на проведення досліджень, затрати на природоохоронні заходи, виконані на основі цих досліджень і досягнуте зменшення збитків від забруднення.

Збір, обробка і розповсюдження моніторингової інформації повинні бути організовані так, щоб забезпечити інформацією рішення управлінських задач на різних масштабних рівнях - глобальному, регіональному і локальному. Всі ці три рівні тісно пов'язані між собою. Наприклад, глобальна проблема, яка потребує міжнародного співробітництва, пов'язана з виявом шляхів міграції забрудників і визначенням найбільш шкідливих джерел викиду на регіональному рівні, а кардинально вона вирішується на локальному рівні.

По-різному вирішується питання організації і ведення моніторингу навколишнього природного середовища в державах світу. Це пов'язано з неоднаковою економічною ситуацією, принциповими підходами до розв'язання проблеми, а також економічними труднощами.

Екологічні проблеми Чорнобиля, Карпат, Чорного та Азовського морів, великих та малих рік, Донбасу, Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну, грандів металургії та машинобудування і безліч інших потребують невідкладного конструктивного вирішення. Тому на виконання Закону України «Про охорону навколишнього природного середовища» Кабінет Міністрів України 23 вересня 1993 р. своєю постановою затвердив Положення про державний моніторинг навколишнього природного середовища. Міністерства охорони здоров'я, лісового господарства, сільського господарства і продовольства, Державні комітети по гідрометеорології, по геології і використанню надр, по водному господарству, по земельних ресурсах та по житлово-комунальному господарству за погодження з Міністерством охорони навколишнього природного середовища були зобов'язані привести відомчі нормативні акти у відповідність із Положенням про державний моніторинг навколишнього природного середовища.

Виходячи з Положення, державний моніторинг навколишнього природного середовища - це система спостережень, збирання, обробки, передачі, збереження та аналізу інформації про стан навколишнього природного середовища, прогнозування його змін та розробки науково обґрунтованих рекомендацій для прийняття управлінських рішень. Така система моніторингу вже попереджує про стан природного середовища різні управлінські структури, але, на жаль, має лише рекомендаційний вплив на прийняття рішень. Необхідно і доцільно було б зазначати в Положенні, що науково-обгрунтовані рекомендації по охороні навколишнього природного середовища і раціональному природокористуванні є обов'язковими для виконання відповідними міністерствами, відомствами і підпорядкованими ним господарськими структурами. В такому випадку система державного моніторингу навколишнього природного середовища України, яка створюється з міжнародних вимог і є сумісною з аналогічними міжнародними системами, була б економічно ефективною і спрямованою на раціональний пошук шляхів оптимізації взаємодії суспільства і природи. Регулювання взаємовідносин у системі «суспільство-природа» було б не чим іншим, як механізмом управління комплексом взаємозв'язаних і взаємозумовлених підсистем і процесів соціосфери (соціальних, політичних, технічних, культурних, екологічних та інших).

Система моніторингу навколишнього природного середовища має будуватись на принципах об'єктивності і достовірності. Спостереження за станом природного середовища та об'єктами впливу на нього повинні бути систематичними і багаторівневими. Принцип узгодженості нормативного, методичного, технічного та програмного забезпечення системи моніторингу має виконувати стрижневу роль. Екологічна інформація повинна бути комплексною, оперативно проходити між окремими ланками системи та вчасно інформувати органи державної виконавчої влади. Крім того, дані моніторингу будуть ефективним інструментом природоохоронної політики лише тоді, коли вони стануть широко доступними для населення, будуть публікуватися у вигляді національних і регіональних щорічників, буклетів, листівок, довідників чи книг, обговорюватимуться в періодичній пресі, на телебаченні тощо. Лише в цьому випадку вони стануть невід'ємним елементом життя суспільства і забезпечать формування зацікавлених суспільних, наукових, громадських, політичних груп, які шляхом тиску на керівні органи доб'ються прийняття відповідних рішень. У випадку приховування моніторингової інформації вона не має значного впливу на природоохоронну політику, не сприяє формуванню активної природоохоронної позиції у населення. Завзяте реєстрування подальшої деградації природного середовища - справа потрібна, але це лише початковий етап становлення цілісної системи моніторингу природного середовища і господарських систем[5].

Таким чином, основними завданнями системи моніторингу навколишнього природного середовища виступають:

а) збір інформації про стан довкілля по всіх сферах та систематизація цієї інформації за блоками;

б) вибір системи методів і способів для організації та ефективного ведення систематичних моніторингових спостережень;

в) створення та забезпечення функціонування банку екологічної інформації;

г) забезпечення постійного інформування населення про стан навколишнього природного середовища;

д) забезпечення екологічною інформацією управлінських структур з метою прийняття ними об'єктивних рішень природоохоронного характеру (рис.1).

Рис. 1 Основні напрями та завдання системи моніторингу навколишнього середовища

1.2 Функціональна структура системи моніторингу

Структура моніторингу навколишнього природного середовища має визначатися призначенням і станом довкілля. У зв'язку з цим здійснюється загальний, оперативний та фоновий моніторинг.

Загальний (стандартний) моніторинг навколишнього природного середовища - це оптимальна за кількістю досліджуваних параметрів система спостереження на пунктах, об'єднаних в єдину інформаційно-технологічну мережу, яка дає змогу на основі оцінки і прогнозування стану навколишнього природного середовища регулярно розробляти управлінські рішення на всіх рівнях.

Оперативний (кризовий) моніторинг - це спостереження за спеціальними показниками на цільовій мережі пунктів у реальному масштабі часу на окремих об'єктах, джерелах підвищеного екологічного ризику в окремих регіонах, які визнані зонами надзвичайної екологічної ситуації, а також у районах аварій із шкідливими екологічними наслідками. Його мета - забезпечення оперативного реагування на кризові ситуації та прийняття рішень щодо їх ліквідації і створення безпечних умов для населення.

Фоновий (науковий) моніторинг - це спеціальні високоточні спостереження за всіма складовими навколишнього природного середовища, а також за характером, складом, кругообігом та міграцією забруднюючих речовин, за реакцією організмів на забруднення на рівні окремих популяцій, екосистем і біосфери у цілому. Фоновий моніторинг здійснюється у природних і біосферних заповідниках, на інших територіях, шо охороняються, на базових станціях.

Система моніторингу навколишнього природного середовища створюється на трьох різномасштабних рівнях: локальному, регіональному, національному, які розглядаються в контексті комплексного глобального моніторингу стану довкілля. Останній визначається як система моніторингів, організованих за просторовими, часовими, галузевими і функціоналами ознаками.

Вивчення сучасного екологічного стану на всіх різномасштабних рівнях територіальної ієрархії проводиться за єдиною програмою, затвердженою Мінприродою України. Вона включає визначення сучасного стану всіх компонентів навколишнього природного середовища і їх динаміки під впливом природних і антропогенних (техногенних) факторів.

У Женеві на нараді із статистики якості повітря, організованій Статистичною комісією і Європейською економічною комісією Економічної і Соціальної Ради ООН (1989) було встановлено, що для стеження за якістю атмосферного повітря мають бути організовані глобальні фонові станції (базові), на яких заміряють глобальне фонове забруднення на відстані не менше 3 тис. км від його континентальних джерел. Регіональні фонові станції розміщуються на значній відстані від населених пунктів і великих джерел забруднення. Імпульсні станції створюються для слідкування за рівнями концентрації забруднювачів у повітрі міських районів і поблизу великих джерел забруднення. З врахуванням зазначеного виділяють три категорії моніторингу: глобальний фоновий, регіональний фоновий та імпульсний. Збір інформації здійснюється відповідними центрами екологічного моніторингу - від локального до національного у межах певних підсистем моніторингу.

При аналізі екологічної ситуації певної території маємо справу з складною ієрархією різнопорядкових природно-антропогенних геосистем (ПАГС). Екологічний стан ПАГС визначається взаємодією її абіотичних і соціальних компонентів або взаємодією підсистем геосфери, біосфери і соціосфери у системі ПАГС. Виділення ПАГС проводиться на базі ландшафтного районування території. Для території України розміри ПАГС найвищого порядку є такими, що досліджувати їх треба в масштабі 1:1000000. Поскільки, моніторинг - це безперервне стеження за динамікою компонентів ПАГС, то система національного моніторингу повинна забезпечуватись мережею безперервних спостережень, у якій точки спостереження розташовані в середньому на відстані 10 км одна від одної.

Регіональний рівень моніторингу створюється в межах адміністративно-територіальних одиниць на територіях економічних і природних регіонів, в різнорангових басейнах річки, рекреаційних зонах тощо. Географічною основою для його реалізації є топографічна карта масштабу 1:500000. Регіональна мережа повинна складатись з екологічних станцій, що охоплюють усі головні ландшафтні області регіону, забезпечують необхідну щільність об'єктів спостережень за динамікою природних змін ПАГС та потоків забруднень як трансграничних і регіональних, так і місцевих. Регіональні спостереження охоплюють всі типи ПАГС. При цьому станції стеження за станом середовища розміщуються в середньому через 5 км.

Мережа об'єктів моніторингу локального рівня відповідає масштабу 1:200000 та забезпечує спостереження через 2 км. Детальніші системи моніторингу, які відповідають окремим ландшафтам або урочищам, збігаються з адміністративними районами (масштаб 1:50000, спостереження через 500 м), промисловими вузлами або невеликими містами (масштаб 1:10000, спостереження через 100 м). Найдетальніший рівень моніторингу реалізується на окремих підприємствах під час їх екологічної паспортизації (масштаби 1:5000 - 1:1000, спостереження через 50-10 м).

Успіх моніторингу залежить від ступеня детальності оцінки вихідного (базового) стану довкілля, на основі якого встановлюється динаміка наступних антропогенних змін. Особливо цінними в цьому плані є картографічні та статистичні дані про геолого-географічне середовище і мінерально-сировинні ресурси, сучасні рельєфотворчі процеси, геофізичні поля та геопатогенні зони і їх впливи на здоров'я людей, рельєф, ґрунтовий покрив, поверхневі та підземні води, атмосферне повітря.

В Україні не тільки створюється база згаданих матеріалів і документів. Незважаючи на значну економічну скруту, сьогодні є надія, що постанова Кабінету Міністрів України про затвердження Положення про державний моніторинг навколишнього природного середовища набере реальної чинності і буде організований український державний моніторинг. В документі зазначено, що органи державної виконавчої влади, які здійснюють спостереження за станом навколишнього природного середовища, зобов'язані збирати, обробляти і безстроково зберігати з допомогою сучасних комп'ютерних технологій первинні дані про стан довкілля. Мінприроди разом з іншими органами державної виконавчої влади забезпечує вдосконалення мереж спостережень за станом навколишнього природного середовища, раціоналізацію та оптимізацію роботи служб спостережень. Важливим аспектом є уніфікація методик спостережень і лабораторних аналізів, удосконалення бази приладів і систем контролю, координація робіт, які проводяться в Україні за міжнародними природоохоронними програмами з використання результатів моніторингу.

Організація і функціонування системи державного моніторингу навколишнього природного середовища покладено на ряд міністерств і відомств (рис. 2). Взаємодія зазначених органів та забезпечення функціонування системи на всіх рівнях здійснюється відповідно до міжвідомчих положень і технологічних інструкцій. При цьому необхідно забезпечити пряме надходження інформації від організацій, що виконують моніторинг, до відповідних центрів, а також пряму передачу інформації між різнорівневими станціями. Такі шляхи передачі інформації вважаються основними. Генеральний шлях - це комплексна інформація про стан навколишнього природного середовища, яка надходить з локальних центрів на регіональні і з них в національний.

Установи, що ведуть спостереження за станом навколишнього природного середовища, зобов'язані безкоштовно надавати додатково до форм статистичної звітності дані спостережень або іншу інформацію на запит органів державної виконавчої влади. Узагальнення інформації повинно здійснюватись з використанням сучасних комп'ютерних технологій.

У системі моніторингу навколишнього природного середовища будь-якого рівня необхідно виділяти два етапи: перший - створення статичної моделі і другий - побудова динамічної моделі.

Умовні позначення: 1 - Мінприроди; 2 - Національне космічне агентство України; 3 - Міністерство охорони здоров'я; 4 - Мінсільгосппрод; 5 - Мінлісгосп; 6 - Держкомгідромет; 7 - Держкомводгосп; 8 - Держкомгеології; 9 - Держземагентство; 10 - Держжитлокомунгосп. І - основні шляхи передачі інформації; ІІ - генеральний шлях

Рис 2. Функціонування системи державного моніторингу навколишнього природного середовища

У системі моніторингу навколишнього природного середовища будь-якого рівня необхідно виділяти два етапи: перший - створення статичної моделі і другий - побудова динамічної моделі.

Статична модель базується на одноразово вивчених параметрах навколишнього середовища, які характеризують екологічний стан території на даний момент. Її побудова є першим кроком на шляху до створення динамічної моделі. Остання є логічним продовженням статичної моделі і дає змогу стежити за динамікою екологічного стану території протягом певного періоду.

Головними складовими динамічної моделі є природне середовище і соціально-економічні комплекси. Компонентами і факторами природного середовища виступають геологічна та географічна сфери, мінерально-сировинні ресурси, геофізичні поля, рельєф і територіальні ресурси, грунти, води, клімат, рослинний і тваринний світ, населення. Антропогенний вплив в значній мірі впливає на динаміку змін кожного природного компоненту протягом певного періоду спостереження і також є об'єктом моніторингових досліджень.

Таким чином, моніторинг навколишнього природного середовища є полікомпонентним і складається з різних підсистем моніторингу, які є його основними складовими (рис. 3), ці підсистеми моніторингу діляться на різні групи, а ті в свою чергу на види, в загальному вони поєднюються в геосферний, біосферний та соціосферний блоки.

В процесі ведення всіх цих напрямків моніторингу кожний компонент навколишнього природного середовища повинен отримати максимально можливу науково обґрунтовану просторово-часову характеристику. Звідси випливає, що моніторинг геологічного та географічного середовища - це динамічна система з гнучкою інфраструктурою, яка дозволяє вести безперервний або періодичний контроль за станом об'єкту досліджень, його геодинамічною активністю і тенденціями розвитку, здійснювати моделювання геосистем з різним техногенним навантаженням, видавати прогнозні оцінки поведінки та розробляти пропозиції щодо охорони та раціонального використання природного середовища, на основі яких приймаються рішення відносно такого характеру зовнішнього впливу, який би попереджував вихід геологічного та географічного середовища зі стану динамічної рівноваги. Запропонована система моніторингу має відображати цільові завдання створюваних моделей: оглядові, регіональні, спеціальні, детальні. Моделі геологічного і географічного середовища повинні складатися з логічної, картографічної та інформаційної основи, тобто відображати центральну концепцію та головні напрями досліджень і представляти витриману у відповідному масштабі систему карт, на яких зображені умова і фактори, що визначають стан природно-антропогенної геосистеми на даний період, інформаційну базу даних, в якій закладені основні параметри умов і факторів геологічних процесів.

В результаті моніторингового дослідження геофізичних полів повинні бути отримані карти радіаційних, гравітаційних, магнітних, теплових, електричний, сейсмічних та інших природних полів, виконаний аналіз їх впливу на здоров'я людей.

Важливою складовою в геосферному блоці є моніторинг рельєфу, завдання якого є складання серії карт, які відображатимуть порушення рельєфу сучасними геодинамічними процесами та даватимуть прогнозну оцінку їх розвитку. Ендогенні та екзогенні процеси часто призводять до непередбачуваних наслідків (площина та лінійна ерозія, обвально-основні явища, провали, тощо), погіршення умов життя людей та експлуатації об'єктів. Тому їх дослідження за науково-обґрунтованою методиками є доцільним і необхідним. Функціонування гідросферного моніторингу забезпечує максимально повну характеристику стану природних вод, їх побутового, комунального та промислового, хімічного, бактеріального, радіонуклідного забруднення. Вивчаються питання водопостачання, водовідведення та водогосподарський баланс, а також тенденції змін у використанні водних ресурсів, їх санітарно-гігієнічний стан.

Рис. 3 Основні складові моніторингу навколишнього природного середовища

В результаті такого моніторингу забезпечується можливість створення карт стану підземних, ґрунтових, поверхневих вод і їх забруднення шкідливими речовинами, несприятливих гідрологічних явищ. В останні роки обґрунтовується необхідність басейнового підходу до організації і ведення гідрологічного моніторингу, розробки схем використання водних багатств, пропозицій по збереженню, відтворенню і охорони ресурсів малих річок. Функціонування атмосферного моніторингу дає можливість постійного стеження за забрудненням атмосферного повітря різними джерелами. В результаті отримують карти стану повітряного басейну та його забруднення шкідливими інгредієнтами, визначають тенденції змін стану повітряного басейну і прогнозують їх розвиток в близькому і віддаленому майбутньому.

Важливим питанням є дослідження стану мікрокліматичних ресурсів, створення карт територіального розподілу ресурсів тепла і вологи в залежності від умов рельєфу. Також значну увагу слід приділяти природним та антропогенним змінам глобального клімату, які мають вплив на клімат конкретної геосистеми. На основі цього, а також в результаті досліджень несприятливих метеорологічних яких можливе районування території за ступенем комфортності клімату і мікроклімату[24].

Біосферний блок моніторингу навколишнього природного середовища забезпечує стеження за станом педосфери. фітосфери. зоосфери та ландшафтосфери. В результаті організації відповідних галузевих (компонентних) віток моніторингу ведеться безперервне стеження за забрудненням ґрунтового покриву та станом земельних ресурсів, вивчається трансформація земельних угідь під впливом ерозії, дефляції, зсувів, підтоплення і затоплення тощо.

Фітосферний моніторинг забезпечує вивчення динаміки стану природних та штучних рослинних угрупувань під впливом забруднення хімічними речовинами і радіонуклідами, а також господарювання і життєдіяльності людини. Стеження за станом тваринного світу, забезпечення його охорони і раціонального використання є основними завданнями зоосферного моніторингу.

Стеженням за станом природно антропогенних геосистем, їх охороною і відновленням, заповідним фондом і перспективами його розвитку, охороною об'єктів біосфери і пам'ятниками природи займається ландшафтний моніторинг.

На основі досліджень біосферного блоку моніторингу навколишнього природного середовища створюються карти грунтів, рослинних ресурсів, ландшафтні карти з позначенням на них зон забруднення шкідливими речовинам. Аналіз тенденцій змін стану біосферних ресурсів забезпечує можливість прогнозування їх динаміки, обґрунтування раціонального використання, розробки конструктивних стабілізаційних заходів.

Соціосферний блок моніторингу навколишнього природного середовища передбачає стеження за динамікою змін техно- і демосфер. У функціональні обов'язки техносферного моніторингу входить спостереження за джерелами радіаційного, шумового, електромагнітного, високочастотного забруднення, побутовими та промисловими викидами у повітря, воду та на поверхню землі.

Санітарно-гігієнічний та медико-біологічний стан населення природні та санітарно-гігієнічні умови виникнення інфекційних хвороб та природних біогеохімічних епідемій, і також демографічні процеси вивчає демосферний моніторинг. Результати таких досліджень є основою медико-географічного районування, створення каталогів джерел забруднення і картографічних моделей їх розміщення, карт ареалів основних захворювань по вікових категоріях населення і т.д.

Дані цих видів моніторингу мають використовуватися для створення відповідних баз і банків екологічної інформації на різних масштабних рівнях, що дозволяв створити серію динамічних різнорангових моделей типу «природа - суспільство», забезпечити максимальну гармонізацію відносин між людиною і природою.

Катастрофічний екологічний стан значних територій, негативний вплив антропогенних факторів на природне середовище, рельєф, літосферу, здоров'я людей і стан усього живого вимагають найскорішого переходу на якісно новий рівень наукового та методичного забезпечення організації і функціонування системи моніторингу навколишнього природного середовища. У зв'язку з цим пропонується така принципова схема функціонування моніторингу (рис. 4 ), реалізація якої забезпечить вирішення широкого спектру екологічних проблем. Банк екологічної інформації буде надійним джерелом достовірних матеріалів для прийняття управлінськими органами відповідних рішень в галузі охорони природи і раціонального використання природних ресурсів.

В пропонованій системі моніторингу навколишнього природного середовища належне місце має зайняти моніторинг рельєфу, особливо техногенного. Такий рельєф поширений в зонах дії кар'єрів та шахт, займає в Україні значні площі.

Висока динамічність техногенного рельєфу, багатофакторність його розвитку і стану призводять до порушення природного стану довкілля. В самій системі моніторингу техногенного рельєфу важливу роль повинен відігравати геодезичний моніторинг[4,5].

Рис. 4 Загальна програма функціонування моніторингу навколишнього природного середовища

Таким чином, за період розвитку моніторингових досліджень: а)розроблена термінологічна база; б) сформульована мета, завдання і напрямки моніторингу; в) визначене коло питань, які вирішуються за допомогою моніторингових досліджень; г) визначені проблеми, що потребують свого вирішення в найближчому і більше віддаленому майбутньому.

1.3 Ієрархічна модель моніторингу рельєфу в системі моніторингового аналізу навколишнього природного середовища

Необхідність прогнозу катастрофічних явищ, забезпечення стійкості земної поверхні в промислово розвинутих районах висунули в число актуальних напрямів геофізичних і геотектонічних досліджень проблему аналізу сучасного стану земної кори, поверхні Землі і оцінки масштабів деформаційних процесів.

Метою вивчення таких динамічних об'єктів як земна кора і земна поверхня є встановлення закономірностей розвитку деформацій і забезпечення прогнозування сучасних рухів, особливо в зонах техногенного впливу на рельєф і земну кору.

Територія Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну виступає одним з таких динамічних об'єктів. Рельєф басейну зазнає постійного впливу підземного видобування вугілля та складування на його поверхні відвалів. Він реагує на цей техногенний вплив через прояв явищ просідання, деформацій тощо. Такі зміни рельєфу суттєво порушують гармонійний стан довкілля завдають збитків господарським об'єктам тому вимагають детального вивчення з метою розробки і реалізації заходів протидії та стабілізації ситуації.

Ці завдання можна вирішувати шляхом моніторингу рельєфу і створення взаємопов'язаних через універсальну інформаційну систему моделей природно-технічних систем.

Система моніторингу рельєфу має базуватися на інженерно-геологічних, геоморфологічних, геодезичних і маркшейдерських дослідженнях та спостереженнях. В результаті виконання інженерно-геологічних та геоморфологічних робіт повинні бути створені: 1) карти відповідного масштабу дочетвертинного геологічного середовища (геологія, тектоніка, літологія, корисні копалини) та його порушення шахтами, свердловинами, кар'єрами, провалами, зсувами та іншими антропогенними і природними процесами і факторами; 2) карта четвертинного геологічного середовища (генезис, вік, літологія відкладів з елементами геоморфології і неотектоніки, корисні копалини) та його порушення антропогенними і природними факторами; 3) геоморфологічна карта з відображенням порушень рельєфу сучасними та древніми геодинамічними процесами (сейсмодислокації, зсуви, площинна та лінійна ерозії, яри, обвали,осипання, карст, суффозія, провали тощо) та карта прогнозного стану рельєфу і геологічного середовища в зоні техногенного впливу.

Важливе місце у вивченні деформаційних процесів рельєфу займають геодезичні спостереження та вимірювання. Ці роботи доцільно об'єднати в систему геодезичного моніторингу рельєфу (природного і техногенного).

Геодезичний моніторинг - стеження за вертикальними (горизонтальними природними, природно-антропогенними і техногенними деформаціями земної поверхні, станом будівель та комунікацій, інженерних споруд, розташованих в геолого-географічному середовищі за допомогою геодезичних методів, прогноз змін природно-антропогенного рельєфу та розробка пропозицій по зменшенню і попередженню шкідливого впливу деформацій поверхні на господарські системи, управлінню станом порушених земель, забезпеченню охорони об'єктів природи. Основною метою такого моніторингового дослідження є: 1) вирішення теоретичних проблем стосовно структури регіональних і локальних полів деформації, їх співвідношень з полями сейсмічності, вулканізму, тектонічними структурами; 2) пошуки закономірностей просторово-часової динаміки деформацій земної поверхні, визначення їх кількісних показників, а також показників деформацій трьохвимірної моделі земної поверхні; 3) районування території за показниками максимального осідання земної поверхні, інтенсивністю осідань, типом горизонтальних деформацій; 4) оцінка інтенсивності, типу і динаміки процесу деформування, виділення активізованих зон і встановлення їх кінематичного типу; 5) ефективне вирішення кола практичних завдань - будівництва і експлуатації великих інженерних споруд, розробки родовищ корисних копалин, охорони навколишнього природного середовища.

При вивченні сучасних рухів земної поверхні необхідно враховувати ендогенні і екзогенні процеси. На екзогенні процеси значний вплив мають природні і антропогенні фактори. Вони поділяються на механічні, фізичні і хімічні. До механічних можна віднести фактори, які здійснюють безпосередній механічний вплив на процес формування напруго-деформованого стану дослідної території (зміна рельєфу, утворення ярів, берегові процеси, карстоутворення; перевантаження форм рельєфу внаслідок впливу споруд, відсипки відвалів і заповнення водосховищ; розвантаження, зняття напруг в масивах гірських порід, формування виїмок, підрізання природних схилів; відкриті і підземні розробки родовищ корисних копалин; видобування із надр землі гірських порід, нафти, газу та води).

До фізичних належать фактори, які викликають на зміну фізичного стану порід у верхніх шарах земної кори (зміна термічного режиму, штучне водопониження, штучне обводнення).

Хімічними вважаються фактори, які викликають зміну складу і структури гірських порід і підземних вод (хімічна суфозія і седиментація солей, цементація фракцій, видобуток корисних копалин способом підземного розчинення порід, карстові явища тощо).

Прояв екзогенних процесів характеризується значною просторово-часовою неоднорідністю і залежить від поєднання природних і антропогенних факторів. В більшості випадків вони розвиваються під впливом антропогенних факторів (особливо при розробці родовищ корисних копалин). Як наслідок, значні площі земної поверхні піддаються просадкам, які супроводжуються зміною пружного стану гірських порід в масиві, обумовленого падіннями міжпластового тиску, п'єзометричного рівня води, зміною водно-повітряного режиму пластів та напруг в масивах гірських порід.

Ці приклади не осягають усієї різноманітності екзогенних геомеханічних процесів. У зв'язку з цим найважливішими об'єктами геодезичного моніторингу є техногенні території і техногенний рельєф, а його основними завданнями є створення достовірного прогнозу деформацій земної поверхні під впливом техногенного навантаження і господарської діяльності, визначення інтегральної спрямованості та інтенсивності динамічних процесів у просторі і часі та розробка заходів і рекомендацій по регулюванню їх розвитку і впливу на угіддя та господарські системи. Екологічна ситуація і негативні тенденції зміни стану рельєфу вимагають пошуку шляхів оптимізації природокористування, усунення чи уповільнення несприятливих процесів, здійснення рекультиваційних заходів. Однак, без відповідної наукової бази та проектно-конструкторських рішень ці роботи не матимуть успіху. Тому актуальним завданням є створення мобільної системи моніторингу техногенного рельєфу і процесів його динаміки, оскільки без цієї інформації неможливе вирішення зазначених вище теоретичних і прикладних природоохоронних проблем.

Функціонування в цьому аспекті системи геодезичного моніторингу має здійснюватись на трьох основних рівнях: національному, регіональному і локальному (рис.5). Основними виконавцями моніторингу національного рівня є Головне управління геодезії, картографії та кадастру України, Національне космічне агентство України, астрономо-геодезичне підприємство. Ці організації повинні забезпечити мережу безперервних спостережень мільйонного масштабу.

Наступний рівень геодезичного моніторингу - регіональний - здійснюється в масштабі 1:500000 і розробляється, в основному, дослідними інститутами, кафедрами, лабораторіями. Спостереження на регіональному рівні проводяться на об'єктах, розташованих в середньому через 5 км. Ними повинні бути охоплені усі типи природно-антропогенних геосистем.

Локальний рівень охоплює мережу об'єктів спостережень, вільність яких відповідає масштабу 1:200000 та забезпечує отримання інформації про стан природногосподарських систем через 2 км. Більш детальні спостереження можуть виконуватись в масштабі 1:50000 (збір даних через 500 м). 1:10000 (інформація поступає через кожні 100 м) і найдетальніші - 1:5000 - 1:1000 (збір даних через 50-10 м). Основними виконавцями тут можуть бути геодезичні служби та маркшейдерські бюро різних установ та підприємств.

кам'яновугільний рельєф басейн природний

Рис 5. Забезпечення функціонування системи геодезичного моніторингу техногенного рельєфу

Зазначені три рівні геодезичного моніторингу рельєфу пов'язані між собою генеральним шляхом передачі інформації. Від безпосередніх виконавців до рівневих центрів вона надходить основним (прямим) шляхом. Крім того, повинен існувати ще додатковий шлях обміну чи передачі інформації між різнорівневими структурними підрозділами (рис.5). Не виключена можливість й інших шляхів передачі та обміну інформацією.

За призначанням і типом завдань що вирішуються за допомогою геодезичного моніторингу техногенного рельєфу, останній можна розділити на такі види:

- сигнальний - інформує про необхідність організації детальних спостережень за певним об'єктом чи територією;

- цільовий - забезпечує спостереження за станом найбільш небезпечних об'єктів чи територій;

- комплексний - постійний і повний контроль стану території.

На території Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну де відбуваються значні деформації земної поверхні, проводились багаторічні геодезичні спостереження за програмою геодезичного моніторингу техногенного рельєфу (рис. 6 ) на регіональному та локальному рівні.

Статична модель геодезичного моніторингу базувалася на визначених параметрах рельєфу, що характеризували стан території на початок 1988 року. В окремих випадках приймався до уваги стан форм рельєфу, який існував з початку експлуатації вугільних шахт. Основою статичної моделі були результати тріангуляції, високоточного нівелювання, аерофотознімки, топографічні карти, топографічні плани, маркшейдерська документація. В комплекті з топографо-геодезичними даними розглядалися матеріали досліджень геологічного середовища, мінерально-сировинних ресурсів, ґрунтів, гідро-кліматичних умов. Статична модель будувалася як базова на шляху до створення динамічної моделі.

Основними джерелами інформації були: об'єднання «Укрзахідвугілля», геолого-екологічний центр ДГП «Західукргеологія», Бюро спеціалізованих маркшейдерських робіт, різноманітна література про Львівсько-Волинський кам'яновугільний басейн.

Наступним кроком програми геодезичного моніторингу є організація і ведення систематичних спостережень за техногенним рельєфом та інженерними спорудами (рис.6). Види цих робіт є високоточними і ефективними при застосуванні відповідної методики. Вже перші результати дають можливість вивчення динаміки рельєфу протягом певного періоду, тобто з моменту створення статичної моделі моніторингу. Отже, обробка, аналіз і оцінка результатів спостережень дає характеристику деформаційних процесів рельєфу, забезпечує можливість визначення просторово-часових закономірностей його динаміки, прогнозування змін, моделювання.

Рис. 6 Програма геодезичного моніторингу техногенного рельєфу території Львівсько-Волинського кам'яновугільного басейну

Наступним кроком програми геодезичного моніторингу є організація і ведення систематичних спостережень за техногенним рельєфом та інженерними спорудами (рис.6). Види цих робіт є високоточними і ефективними при застосуванні відповідної методики. Вже перші результати дають можливість вивчення динаніки рельєфу протягом певного періоду, тобто з моменту створення статичної моделі моніторингу. Отже, обробка, аналіз і оцінка результатів спостережень дає характеристику деформаційних процесів рельєфу, забезпечує можливість визначення просторово-часових закономірностей його динаміки, прогнозування змін, моделювання.

Відповідно опрацьовані результати спостережень повинні надходити у банк інформації та систематизації, а звідти у вигляді різноманітної топографо-геодезичної документації - до споживачів. Конкретизована характеристика стану техногенного рельєфу, його цифрова модель, технічні допуски та аналіз точності геодезичних вимірювань видається з комп'ютерного банку даних. На основі цієї інформації розробляються технічні рекомендації та пропозиції по зменшенню чи попередженню шкідливого впливу деформацій поверхні на господарські об'єкти, інженерні споруди і комунікації, сільськогосподарські угіддя тощо. Динамічна модель геодезичного моніторингу техногенного рельєфу дає чітку уяву про стан та динаміку ділянок земної поверхні, відкриває можливість зонування території за ступенем потенційної небезпеки її деформацій.