Мониторинг загрязнения вод суши

 

Контроль за уровнем загрязнения вод суши является частью системы комплексного геоэкологического мониторинга и в то же время входит в систему государственного учета вод в рамках водного кадастра. Основная цель наблюдений заключается в получении информации о качестве вод, необходимой для проведения мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов. В связи с этим решаются следующие задачи: а) наблюдение и контроль за уровнем загрязнения водоемов по физическим, химическим и гидробиологическим показателям; б) изучение динамики загрязняющих веществ с целью составления прогнозов загрязнения водоемов; в) выявление закономерностей процессов самоочищения и накопления загрязняющих веществ в донных отложениях; г) изучение закономерностей выноса загрязнений через устья рек с целью определения их баланса в водоемах.

Для решения этих задач организуются систематические наблюдения за загрязнением поверхностных вод как в местах, подверженных влиянию хозяйственной деятельности человека, так и в районах минимального загрязнения (фоновый контроль). Наблюдательная сеть включает стационарные посты наблюдений за состоянием водоемов, специализированные посты на загрязненных водных объектах для решения научно-исследовательских задач, временные экспедиционные посты на объектах, не охваченных наблюдениями. Наблюдательные пункты должны удовлетворять требованиям репрезентативности и располагать данными о расходах рек, уровнях воды в водоемах и другими гидрологическими материалами. На 1 января 1998 г. сеть режимных наблюдений за загрязнением поверхностных вод в РФ состояла из 1788 пунктов, 2454 створов, расположенных на 1132 водных объектах.

Посты наблюдений и контроля на реках, озерах и водохранилищах обычно приурочены к зонам сброса сточных вод. Основными объектами при выборе постов являются места сброса сточных вод отдельными крупными предприятиями и подогретых вод от крупных ТЭС и АЭС, места сброса коллекторно-дренажных вод с мелиоративных земель, крупные нерестилища рыб, приплотинные и устьевые участки рек, замыкающие створы больших и средних речных бассейнов.

Размещение створов на объектах наблюдения и расстояние между ними определяется в соответствии с действующими правилами охраны поверхностных вод от загрязнения. В каждом пункте должно быть выделено не менее двух-трех створов: один выше источника загрязнения (для характеристики фонового состояния объекта относительно данного пункта) и один-два створа ниже источника загрязнения.

Перечень наблюдаемых ингредиентов зависит в первую очередь от состава и объема сточных вод, их токсичности и требований, предъявляемых со стороны потребителей воды. Однако ряд показателей, характеризующих общие требования к качеству воды, определяются в обязательном порядке. К ним относятся: температура воды, взвешенные вещества, рН, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода за пентаду (БПК5), запахи, главные ионы, биогенные компоненты и такие распространенные загрязнители, как нефтепродукты, фенолы, пестициды, соединения тяжелых металлов, радионуклиды (в районах размещения АЭС). Этот список видоизменяется в зависимости от местных особенностей загрязнения, важности водного объекта в хозяйственном отношении и других факторов.

Оценка степени загрязнения поверхностных и подземных вод осуществляется по различным химическим, физическим и биологическим показателям. Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водоемов используется суммарный показатель химического загрязнения - ПХЗ10, определяемый по 10 максимально превышающим ПДК веществам. Этот показатель особенно эффективен в тех случаях, когда химическое загрязнение наблюдается сразу по нескольким ингредиентам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Расчет ПХЗ10 производится по следующей формуле:

 

 

где Сi - концентрация химического вещества в воде; ПДКi - предельные концентрации, установленные для рыбного хозяйства.

Для фоновых условий ПХЗ₁₀ ⁼ 1 (или приближается к этой величине). Кризисную ситуацию можно характеризовать соотношением 1< ПХЗ₁₀ < 10. Катастрофической ситуации (экологическому бедствию) соответствуют величина ПХЗ₁₀> 10.

Разработаны обобщенные критерии качества воды, примером которых может служить так называемый индекс загрязненности вод (ИЗВ), используемый в системе Росгидромета. Он рассчитывается как среднее из превышений ПДК по 6 ингредиентам: кислороду (О₂), органическим веществам, определяемым по биохимическому потреблению кислорода за 5 суток (БПК₅), и четырем ингредиентам с наибольшим превышением ПДК: где Сi - концентрация химического вещества в воде; ПДКi - предельные концентрации, установленные для рыбного хозяйства.

Для фоновых условий ПХЗ₁₀ ⁼ 1 (или приближается к этой величине). Кризисную ситуацию можно характеризовать соотношением 1< ПХЗ₁₀ < 10. Катастрофической ситуации (экологическому бедствию) соответствуют величина ПХЗ10> 10.

Разработаны обобщенные критерии качества воды, примером которых может служить так называемый индекс загрязненности вод (ИЗВ), используемый в системе Росгидромета. Он рассчитывается как среднее из превышений ПДК по 6 ингредиентам: кислороду (О2), органическим веществам, определяемым по биохимическому потреблению кислорода за 5 суток (БПК5), и четырем ингредиентам с наибольшим превышением ПДК:

 

где С_i - концентрация одного из шести ингредиентов. Для О₂ вместо отношения С / ПДК в формулу подставляется обратная величина. Значения ПДК для О₂ и БПК₅ принимаются скользящими в зависимости от содержания этих ингредиентов.

В соответствии со значениями ИЗВ природные воды делятся на семь классов: I - очень чистые (ИЗВ менее 0,3); II - чистые (0,3 - 1,0); III - умеренно загрязненные (1,0-2,5); IV - загрязненные (2,5- 4,0); V - грязные (4,0-6,0); VI - очень грязные (6,0-10,0); VII - чрезвычайно грязные (более 10,0).

Некоторые критерии степени загрязнения поверхностных и подземных вод применительно к выделению зон экологического кризиса (ЭК) и экологического бедствия (ЭБ) представлены в табл. 5 и 6.(Критерии оценки…,1992).

В последние годы для выявления экологического состояния поверхностных водоемов широко используются гидробиологические индикаторы. Поскольку отсутствует единый гидробиологический показатель, качество воды определяется набором характеристик, отражающих состояние зообентоса, перифитона (организмов, поселяющихся на подводных частях речных судов, бакенов, свай и т.п.), зоопланктона, фитопланктона, высших водных растений. Конкретный набор характеристик обусловлен эколого-зональным типом водного объекта, составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями, предъявляемыми потребителями воды.

 

Таблица 5. Критерии оценки степени химического загрязнения

поверхностных вод

 

Показатели	Относительно удовлетворительная ситуация	Зона ЭК	Зона ЭБ
Химические вещества, ПДК I-II класс опасности		5-10	>10
III-IY класс опасности		50-100	>100
ПХЗ10 I-II класс опасности		35-80	>80
III-IY класс опасности		До 500	>500
Химическое потребление кислорода – ХПК(относительно фона, мг О2/л	<10	10-20	20-30
Растворённый кислород, %	>80	20-50	10-20
БПК5		10-100	>100
Нитриты, ПДК	<1	5-10	>10
Нитраты, ПДК	<1	10-20	>20
Минерализация	<1	2-3	>3

 

Таблица 6. Критерии оценки степени загрязнения подземных вод для участков хозяйственных объектов

 

Показатели	Относительно удовлетворительная ситуация	Зона ЭК	Зона ЭБ
Содержание загрязняющих веществ (нитраты, фенолы, тяжёлые металлы,СПАВ, нефть и др.), ПДК	3-5	10-100	>100
Хлорорганические соединения	<1	1-3	>3
Канцерогены, бенз(а)пирен,ПДК	<1	1-3	>3
Площадь области загрязнения, км2	<0.5	3-5	>8
Минерализация, г/л	<3	10-100	>100

 

Важной составляющей геоэкологического мониторинга является прогнозирование качества вод водоемов суши. В настоящее время используется два основных подхода к прогнозированию качества воды. Первый из них основан на предположении о сохранении во времени тенденции развития процессов, происходящих в водных объектах в период их изучения. В этом случае определяется тренд, и применяются методы экстраполяции. Второй подход базируется на математическом описании или физическом изучении гидродинамических, физико-химических и других процессов, протекающих в водоемах, и определении закономерностей изменения состояния водных объектов в результате смены основных факторов их функционирования. Во втором случае основными методами прогнозирования выступают методы математического моделирования.

Экстраполяция изученных закономерностей изменения качества воды возможна лишь при наличии относительно длительного периода наблюдений и стационарного режима функционирования водоема. Моделирование позволяет анализировать изменение состояния водных объектов без производства длительных полевых исследований. Поэтому математические модели нашли широкое применение в практике прогнозирования. Они дают возможность учитывать различные факторы формирования качества воды, динамику распространения загрязнений и их трансформацию во времени, морфологические особенности водоемов.

В настоящее время одним из важнейших направлений развития мониторинга состояния вод суши является автоматизация наблюдений. С помощью автоматизированной системы можно без участия человека отбирать пробы вод, делать экспресс-анализы, выдавать информацию на ЭВМ.

Система включает автоматическую станцию контроля поверхностных вод, которая может определять до двух десятков показателей качества воды (температуру, электропроводность и мутность воды, содержание кислорода и взвешенных веществ, степень кислотности и др.).

Отбор производится непрерывно или периодически в зависимости от заданной программы. Помимо станции в состав системы входят подвижные рабочие группы, гидрохимическая лаборатория (для измерения автоматически неопределяемых показателей), центральный диспетчерский пункт, вычислительный комплекс. Внедрение таких систем будет способствовать улучшению информационной базы мониторинга, повышению достоверности прогнозов загрязнения, а соответственно и эффективности управления качеством водных ресурсов.