Калинин В.М. Экологическая гидрология

Подождите немного. Документ загружается.

100

С 1988 по 2001 годы в системе Росгидромета применялся гидрохимический

индекс загрязнения воды (ИЗВ). Благодаря своей простоте и наглядности этот

показатель получил широкое распространение в природоохранной практике.

Индекс представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго

лимитированному числу индивидуальных ингредиентов:





ПДК

ИЗВ

, (6.10)

где: C

– концентрация компонента (в ряде случаев – значение физико-

химического параметра); n – число показателей, используемых для расчета

индекса, n = 6; ПДК

– установленная величина норматива для соответствующего

типа водного объекта.

Для расчета индекса загрязнения вод для всего множества нормируемых

компонентов, включая водородный показатель рН, биологическое потребление

кислорода БПК

и содержание растворенного кислорода, находят отношения C

ПДК

. ИЗВ рассчитывают строго по шести показателям, имеющим наибольшие

значения приведенных концентраций, независимо от того превышают они ПДК

или нет.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на

классы (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Воды

Значения ИЗВ

Классы

качества вод

Очень чистые

до 0,2

Чистые

0,2–1,0

Умеренно загрязненные

1,0–2,0

III

Загрязненные

2,0–4,0

Грязные

4,0–6,0

Очень грязные

6,0–10,0

Чрезвычайно грязные

>10,0

VII

В 2002г Росгидрометом утвержден и введен в действие руководящий

документ «Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод

по гидрохимическим показателям» взамен методических рекомендаций 1987 года

по оценке качества вод с помощью ИЗВ.

101

6.2 Принципы метода оценки загрязненности поверхностных вод

Метод комплексной оценки степени загрязненности позволяет однозначно

оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов

и показателей качества воды, классифицировать воду по степени загрязненности,

подготовить аналитическую информацию для представления государственным

органам и заинтересованным организациям в удобной, доступной для понимания,

научно обоснованной форме.

Метод расчета комплексных показателей дает возможность формализовать

процессы анализа, обобщения, оценки аналитической информации о химическом

составе воды и трансформировать ее в относительные показатели, комплексно

оценивающие степень загрязненности и качество воды водных объектов.

Для комплексной оценки загрязненности поверхностных вод используют

результаты режимных наблюдений за состоянием воды водных объектов.

Применительно к условиям и данным режимного мониторинга для

объективного установления качества воды водных объектов и достоверного

определения степени их загрязненности используют сочетание

дифференцированного и комплексного способов оценки.

Принципиальную основу метода составляет сочетание

дифференцированного и комплексного способов оценки качества воды.

Методической основой комплексного способа является однозначная оценка

степени загрязненности воды годного объекта по совокупности загрязняющих

веществ:

- для любого водного объекта в точке отбора проб воды;

- за любой определенный промежуток времени;

- по любому набору гидрохимических показателей.

В качестве норматива используют предельно допустимые концентрации

(ПДК) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов, а также водных

объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования -

наиболее жесткие (минимальные) значения из совмещенных списков,

рекомендуемых для подготовки информационных документов по качеству

поверхностных вод. Для веществ, на которые нормативными документами

предусмотрено их полное отсутствие в воде водных объектов, в качестве ПДК

условно принимается 0,01 мкг/дм

Конструктивной особенностью метода комплексной оценки степени

загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям является

проведение на первом этапе детального покомпонентного анализа химического

состава воды и его режима оценочных составляющих и последующее

использование полученных оценочных составляющих на втором этапе для

одновременного учета комплекса наблюдаемых ингредиентов и показателей

качества воды.

102

Уровень загрязненности воды данного водного объекта в конкретном пункте

наблюдений, определяемый через относительную характеристику, рассчитанную

по реальным концентрациям совокупности загрязняющих веществ и

соответствующим им нормативам, является первым составным элементом

метода комплексной оценки.

Частота обнаружения концентраций, превышающих нормативы, являющаяся

косвенной оценкой продолжительности загрязнения воды, также характеризует

меру воздействия загрязняющих веществ на качество водной среды и является

следующим составным элементом рекомендуемого метода оценки.

Сочетание уровня загрязненности воды определенными загрязняющими

веществами и частоты обнаружения случаев нарушения нормативных требований

позволяет получить комплексные характеристики, условно соответствующие

„долям" загрязненности, вносимым каждым ингредиентом и показателем

загрязненности в общее качество воды.

Вклад отдельных загрязняющих веществ в общую загрязненность воды

водных объектов в реальных условиях может определяться либо высокими

концентрациями, наблюдаемыми в течение короткого промежутка времени, либо

низкими концентрациями в течение длительного периода, либо другими

возможными комбинациями рассматриваемых факторов оценки, учет которых

должен вестись не параллельно по двум самостоятельным характеристикам, а

одновременно через обобщенный показатель.

Качество воды водных объектов есть функция не только отдельных

показателей химического состава воды, продолжительности, меры воздействия

каждого из них и различных комбинаций этих оценочных характеристик, но также

перечня и количества учитываемых в комплексной оценке загрязняющих веществ.

Принимая условие взаимодействия токсических веществ при их одновременном

присутствии, окончательный комплексный показатель качества воды

определяется суммированием отдельных показателей, оценивающих вклад

каждого загрязняющего вещества в отдельности.

6.3 Показатели комплексной оценки. Требования к исходной

информации

Наиболее информативными комплексными оценками, получаемые по

данному методу являются:

- удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ);

- класс качества воды.

Значение УКИЗВ может варьировать в водах различной степени

загрязненности от 1 до 16. Большему значению индекса соответствует худшее

качество воды в различных створах, пунктах и т. д.

103

Классификация качества воды, проведенная на основе значений УКИЗВ,

позволяет разделить поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени

их загрязненности:

1-й класс — условно чистая;

2-й класс — слабо загрязненная;

3-й класс — загрязненная;

4-й класс — грязная;

5-й класс — экстремально грязная.

Большей степени загрязненности воды комплексом загрязняющих веществ

соответствует больший номер класса.

В качестве исходной информации используются результаты химического

анализа проб воды в точке отбора.

Расчет комплексных показателей проводится по результатам наблюдений за

загрязненностью воды рек и водоемов. Можно использовать данные о химическом

составе воды, полученные в различных ведомствах, а также результаты

специальных наблюдений, проведенных научными, производственными и другими

организациями. Однако непременным условием их использования является

единая методологическая основа проведения отбора проб и химического анализа

воды.

Должна быть обеспечена сопоставимость исходных данных по количеству

информации по каждому показателю, числу используемых показателей, их

перечню, точности исходной информации и требуемой точности ожидаемых

результатов.

Перед началом расчетов определяют перечень ингредиентов и показателей,

на основании которого рассчитываются комплексные показатели. Для подготовки

информационных материалов рекомендуется пользоваться тремя перечнями

(приложение 3).

Обязательный перечень № 1 используется при подготовке информационных

материалов для административных органов. Он включает 15 загрязняющих

веществ, наиболее характерных для большинства поверхностных вод всей

территории Российской Федерации. Расчет комплексных оценочных показателей

по единому списку обеспечит корректность проведения сравнения качества

поверхностных вод в территориальном аспекте как при оценке состояния

загрязненности воды за любой временной промежуток, так и при определении

любых его изменений.

Рекомендуемый перечень № 2 используется при расчете УКИЗВ для тех

створов и пунктов, где есть необходимость, помимо веществ, указанных в

обязательном списке, учесть специфические загрязняющие вещества.

Свободный перечень № 3 составляется потребителем для конкретных

исследований или задач.

104

В расчете комплексных показателей используют только нормируемые

ингредиенты и показатели состава и свойств воды водного объекта.

Количество учитываемых показателей регламентируется поставленными

целями оценки, с учетом программы наблюдений, а также наличием данных о

химическом составе поверхностных вод.

Нижний предел количества учитываемых ингредиентов определяется их

минимальным числом, достаточным для характеристики качества исследуемой

воды по всем лимитирующим показателям вредности. Верхний предел количества

учитываемых ингредиентов не ограничивается. Оптимальное число учитываемых

в процессе оценки ингредиентов может составлять от 10 до 25. Достаточность

объема исходной информации определяется исходя из требуемой точности

оценки, длительности оцениваемого временного интервала.

По каждому ингредиенту проверяется наличие информации в необходимом

объеме. Последний определяется изменчивостью ингредиентов в период

обобщения, которая в свою очередь зависит от скорости превращения веществ,

условий разбавления сточных вод речными и других факторов, а также требует

знания особенностей формирования химического состава воды водного объекта и

поведения интересующих веществ. Перечисленное учитывается при

установлении категории пункта стационарных наблюдений. Категорией пункта

определяется и объем сведений о химическом составе воды. Минимальное

количество данных — 4 пробы в течение года или одна проба в квартал (в

гидрологическую фазу); максимальное количество данных не ограничивается.

При проведении расчетов комплексных показателей с целью сравнительной

оценки качества воды в различных пунктах наблюдений, на различных участках

водных объектов, используются материалы равной репрезентативности, т. е.

должны быть идентичными перечень учитываемых ингредиентов, число взятых

для рассмотрения результатов анализа, их полнота, распределение в течение

рассматриваемого периода времени и т. д.

6.4 Расчет коэффициента комплексности загрязненности воды

С помощью коэффициента комплексности загрязненности воды оценивается

комплексность загрязненности воды в пробе, створе, пункте, водотоке и т. д.

Расчет значения коэффициента комплексности загрязненности воды К проводится

сначала для каждого результата анализа по формуле

%100

K 

(6.11)

105

где K — коэффициент комплексности загрязненности воды; M —количество

ингредиентов, содержание которых превышает ПДК; N — общее количество

определяемых ингредиентов.

Для определения коэффициента комплексности за тот или иной промежуток

времени вычисляют среднее значение К. Например, в течение года измерения

концентрации загрязняющих веществ в водном объекте производились

ежемесячно по 15 ингредиентам. По формуле (6.11) вычисляют значение К за

каждый месяц, затем среднее значение за год (12 месяцев).

Для учета случаев высокого К

вз

и экстремально высокого К

эвз

загрязнения по

формуле (6.11) проводятся аналогичные расчеты коэффициентов комплексности

загрязненности воды по значениям числа случаев концентраций,

соответствующих высокому и экстремально высокому уровням загрязнения

(приложение 4), которые подставляются в числитель формулы.

Коэффициент комплексности загрязненности воды используется

непосредственно при интерпретации результатов расчета для характеристики

водного объекта. Он является очень простой, но в то же время вполне

достоверной характеристикой антропогенного воздействия на качество воды. Чем

больше значение К, тем большая комплексность загрязненности присуща воде,

тем хуже ее качество и тем большее влияние на формирование качества воды

оказывает антропогенный фактор.

Увеличение коэффициента комплексности загрязненности свидетельствует о

появлении новых загрязняющих веществ в воде анализируемого водного объекта.

Рост значений К

вз

и К

эвз

указывает как на то, что превышение ПДК наблюдается по

более широкому перечню ингредиентов, так и на то, что уровень его весьма

значителен.

Абсолютные значения К, К

вз

и К

эвз

могут применяться для анализа

современного состояния загрязненности воды водных объектов, выявления

тенденции его изменения в многолетнем плане и для сравнения между собой

уровней загрязнения воды различных водных объектов.

При использовании коэффициента К для сравнения степени загрязненности

воды водных объектов необходимо соблюдать условие практического равенства

числа учитываемых в расчете коэффициента ингредиентов и показателей

загрязненности. Допускаемая при этом разница не должна превышать 30 %.

Коэффициенты комплексности загрязненности могут применяться как

самостоятельно, так и в сочетании с другими оценками излагаемого метода.

На основе коэффициентов К, К

вз

и К

эвз

выделяются категории воды водных

объектов по комплексности загрязненности (приложение 5).

Водные объекты, для воды которых значения K

вз

соответствуют II и III

категориям загрязненности воды, а значения К

эвз

- I, II и III категориям

загрязненности воды, целесообразно использовать при подготовке „Приоритетных

106

списков водных объектов, требующих первоочередного осуществления

водоохранных мероприятий".

6.5 Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды

С помощью комбинаторного индекса загрязненности воды оценивается

степень ее загрязненности по комплексу загрязняющих веществ, устанавливается

класс качества воды.

Комбинаторный индекс загрязненности воды может рассчитываться для

любого створа, либо пункта наблюдений за состоянием поверхностных вод, для

участка, либо акватории водного объекта, для водных объектов в целом, речных

бассейнов, гидрографических районов и т. д. По мере укрупнения объекта

изучения возрастает относительность расчетных характеристик. Это

обстоятельство относится не столько к комбинаторному индексу, сколько к

любому из показателей, характеризующих однозначно сложные и

крупномасштабные природные системы. Однако, несмотря на это, их

информативность и репрезентативность при наличии достаточного объема

информации высока.

Комбинаторный индекс загрязненности воды может рассчитываться для

любого периода времени: суток, декады, месяца, квартала, гидрологического

сезона, года, многолетнего периода при наличии не менее 8 проб для каждого

ингредиента.

Расчет значения комбинаторного индекса загрязненности и относительная

оценка качества воды проводятся в 2 этапа: сначала по каждому изучаемому

ингредиенту загрязненности воды, затем рассматривается одновременно весь

комплекс загрязняющих веществ и выводится результирующая оценка.

По каждому ингредиенту за расчетный период времени для выбранного

объекта исследований определяется ряд характеристик.

Сначала по формуле (6.12) вычисляется повторяемость случаев

загрязненности а, т. е. частота обнаружения концентраций, превышающих ПДК.

%100

a 

(6.12)

где m - число результатов анализа по данному ингредиенту за рассматриваемый

период времени, в которых содержание их превышает ПДК; n - общее число результатов

химического анализа за рассматриваемый период времени по данному ингредиенту.

По значению повторяемости а в соответствии с приложением 6 для каждого

ингредиента рассчитывается частный оценочный балл S

. Определение баллов

проводится с применением линейной интерполяции.

Возьмем тот же пример из раздела 6.4. В течение года ежемесячно измеряли

концентрации 15 веществ. Таким образом по каждому ингредиенту получился ряд

107

из 12 членов. Находят число случаев выше ПДК по каждому ингредиенту и по

формуле (6.12) вычисляют повторяемость а. Если были превышены ПДК для

каждого ингредиента, то получается 15 значений а. Если же по части

ингредиентов не отмечалось случаев превышении ПДК, то значений а будет

меньше 15. Далее по приложению 6 находят частные оценочные баллы S

для

каждого ингредиента.

Затем определяют среднее значение кратности превышения ПДК b. При

этом величина b рассчитывается только по результатам анализа проб, где такое

превышение наблюдается. Результаты анализа проб, в которых концентрация

загрязняющего вещества была ниже ПДК, в расчет не включают. На основании

значения b по приложению 7 определяют второй частный оценочный балл S

Обобщенный оценочный балл рассчитывают как произведение частных по

формуле (6.13).

S=S

(6.13)

Обобщенный оценочный балл дает возможность учесть одновременно

значения наблюдаемых концентраций и частоту обнаружения случаев

превышения ПДК по каждому ингредиенту.

Значение обобщенного оценочного балла по каждому ингредиенту в

отдельности может колебаться для различных вод от 1 до 16. Большему его

значению соответствует более высокая степень загрязненности воды.

Затем определяются комбинаторный индекс и удельный комбинаторный

индекс загрязненности воды по следующим формулам:

КИЗВ=





, (6.14)

УКИЗВ=

, (6.15)

где КИЗВ - комбинаторный индекс загрязнения вод; S

– обобщенный

оценочный балл по каждому ингредиенту; n – число учитываемых в оценке

ингредиентов; УКИЗВ – удельный комбинаторный индекс загрязнения вод.

Для определения класса качества воды рассчитывают критический

показатель загрязненности (КПЗ). Это показатель представляет собой число

случаев, когда обобщенный оценочный балл равен или превышает число 9 (S ≥

9). Зная УКИЗВ и значение КПЗ, по приложению 8 определяют класс качества

воды.

108

1 класс

Условно чистая

2 класс

Слабо загрязненная

3 класс

Загрязненная

разряд «а»

Загрязненная

разряд «б»

Очень загрязненная

4 класс

Грязная

разряд «а»

Грязная

разряд «б»

Грязная

разряд «в»

Очень грязная

разряд «г»

Очень грязная

5 класс

Экстремально грязная

Для более детальной оценки качества воды 3-й и 4-й классы разбиты

соответственно на 2 и 4 разряда.

В случае когда число КПЗ ≥ 6 воду без расчетов относят к 5-му классу и

оценивают как «экстремально грязная».

Рассмотренный метод комплексной оценки дает возможность изучить

тенденции и динамику степени загрязненности воды водного объекта в изучаемом

створе, участке или всего водного объекта в целом. При этом точность

рассчитанных оценок зависит от объема и качества исходной информации. При

наличии 8 и более определений каждого ингредиента расчеты адекватно

отражают ситуацию на водном объекте. При числе измерений менее 8,

рассчитанные показатели качества воды могут рассматриваться как

ориентировочные

109

ГЛАВА 7

РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ УРОВНЕЙ ВОДЫ

7.1 Экологические последствия экстремальных

уровней

Кроме данных о стоке воды, очень важными для водного

хозяйства являются и уровни воды рек и озер. Эксплуатация водного

объекта, еѐ эффективность иногда напрямую связана с высотой

стояния уровня. Низкие уровни лимитируют работу водозаборов для

хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения,

судоходство, лесосплав, рыбное хозяйство. Высокие и наивысшие

уровни вызывают подтопление и затопление территорий,

сельскохозяйственных угодий, населенных пунктов. Уровни в период

наводнений вызывают большие хозяйственные потери и часто уносят

человеческие жизни. Высота стояния уровней в реках и озерах влияет

и на экологическую ситуацию: на биопродуктивность водоемов,

подтопление и затопления вызывает гибель лесов, способствует

заболачиванию, при высоких уровнях и затоплении хозяйственных и

селетебных территорий смываются в реки различные загрязнения.

В целом к экологическим последствиям наводнений следует

отнести изменения химического состава воды и резкое ухудшение ее

качества, воздействие наводнений на почвы, русловые деформации,

нарушения растительного покрова и воздействие на животный мир.

Во время наводнений мутность воды рек достигает своего

максимума, при этом резкое ее увеличение наблюдается в период

подъема уровня воды. Графики зависимости средней мутности и

расхода взвешенных наносов от расхода воды имеют петлеобразный

вид, что не характерно для обычных условий.

Во время наводнений резко уменьшается величина общей

минерализации и содержание главных ионов Са, Мg, Na, НСО

, Cl.

Существенно увеличивается вынос калия и органических веществ с

водосборного бассейна.

Зависимость содержания отдельных ионов от расходов воды

имеет сложную, часто петлеобразную форму. К примеру, зависимость

между содержанием в речной воде общего фосфора и расхода воды

имеет форму, близкую к треугольнику. Еще более сложный характер

имеют зависимости между расходами воды и концентрациями тяжелых

металлов, пестицидов и других органических веществ. При

наводнении качество воды в водотоках закономерно ухудшается: