Гагарина нормирование природных вод

Ниже, в табл. 3.8 приведен химический состав воды р. Поземки за период с 1987 по 1995 гг. и рассчитанные

статистические показатели: среднее арифметическое ( S ), среднеквадратическое отклонение (σs), коэффициент вариации

(Cvs).

Данные табл. 3.8 (а,б) свидетельствуют, что наиболее изменчивым в водах рассматриваемой реки оказывается содержание взвешенных веществ (241%), нефтепродуктов (187%), азота аммония (119%), азота нитритов (109%), железа (108%). Это характерные загрязнители природных вод в черте населенных пунктов. Поступление их в водные объекты связано с воздействием антропогенных источников, поэтому так высока изменчивость этих показателей во времени. Менее всего изменялись ингредиенты в основном природного происхождения – минерализация (23%), ионы кальция (27%), окисляемость воды (43%), ионы магния (53%).

Тематику изменчивости отдельных показателей качества воды развивает в своей статье «Изменчивость гидрохимических полей водотоков» В.Л. Павелко [60]. Он указывает, что ингредиенты химического состава воды обладают существенно различной пространственно-временной изменчивостью. При этом изменчивость естественных характеристик (О2, минерализация, БПК5) заметно ниже изменчивости антропогенных ингредиентов, что можно объяснить как особенностями их физико-химических характеристик, так и особенностями сброса сточных вод. Наименьшей изменчивостью при проведении режимного мониторинга обладал О2. Напротив, нефтепродукты обладают наибольшей изменчивостью, что можно объяснить многообразием форм существования нефтепродуктов, низкой их перемешиваемостью (пленочная нефть), и возможно, рассредоточенностью источников загрязнения. Из разной временной изменчивости показателей В.Л. Павелко делает важный вывод - чтобы вскрыть тенденции изменения показателей загрязненности воды, необходима различная частота наблюдений (табл. 3.9).

70

Таблица 3.8а

Химический состав воды р.Поземки в створе Х и статистические показатели загрязненности воды

Таблица 3.8б

Химический состав воды р.Поземки в створе Х и статистические показатели загрязненности воды

Примечание.*сотые доли после двух последних цифр года указывают сезон года: 0,00 – зима, 0,25 – весна, 0,5 – лето, 0,75 – осень.

Таблица 3.9

Среднестатистическая рекомендуемая частота наблюдений, проб/год (а=S1/S2)* [60]

Примечание. * S1, S2 – средние значения концентрации за два сравниваемых периода.

Как видим, более частый контроль содержания в воде необходим для наиболее изменяемых во времени ингредиентов

– нитратов, нефтепродуктов, фенолов, железа. Реже можно контролировать содержание растворенного в воде кислорода, значения БПК и минерализации воды.

Кроме показателя вариации, в исследовании пространственно-временных изменений качества воды используются и другие показатели, выраженные в относительных величинах. Это относительная величина изменчивости и относительный размах изменчивости

величины параметра.

Относительная величина изменчивости параметра за рассматриваемый период времени:

где So - относительная величина изменчивости параметра за анализируемый период времени; Рmax, Pmin, Pср – соответственно наибольшая, наименьшая и средняя величины параметра за анализируемый период времени.

73

Относительный размах изменчивости величины параметра:

где S – размах изменчивости величины параметра за анализируемый период времени; Рmax и Pmin , соответственно наибольшая и наименьшая величины параметра за тот же отрезок времени.

При отсутствии различия между максимальным и

минимальным содержанием вещества в воде на 5% уровне значимости, С.М. Разгулин [65] советует величину отношения принимать равной 1.

Рассмотрим расчет этих относительных показателей на примере рядов содержания нефтепродуктов и ионов кальция.

Таблица 3.10

Относительные показатели изменчивости содержания нефтепродуктов и ионов кальция в течение года

В данном случае был произведен полный расчет только одного показателя – относительной величины изменчивости

(So) содержания нефтепродуктов и ионов кальция. Относительная изменчивость содержания нефтепродуктов (1,55) оказалась выше таковой для ионов кальция (0,94), об изменчивости антропогенных загрязнителей по сравнению с ингредиентами природного происхождения упоминалось выше.

Относительный размах изменчивости (S) был подсчитан

74

только для содержания ионов кальция (табл.3.10). В силу того, что в ряду содержания нефтепродуктов присутствует нулевой минимум, что делает расчет этого относительного показателя нецелесообразным. Таким образом, относительный размах изменчивости (S) как статистический показатель не может использоваться в случаях, когда определяемый компонент встречается в следовых количествах (ниже порога погрешности измерения). Более подходящим статистическим показателем при низком содержании в воде ингредиента является относительная величина изменчивости (So).

3.2Комплексные показатели и оценка качества воды

В последние годы многие специалисты в области охраны

иконтроля качества вод отдают предпочтение именно интегральной оценке качества.

3.2.1 Проблема разработки комплексных показателей качества воды

Разработка методов оценки качества воды с помощью условных показателей, комплексно учитывающих различные свойства поверхностных вод, является одной из важнейших проблем. Проблема комплексных оценок является исключительно трудной, требующей одновременного учета самых разнообразных свойств водного объекта.

Со времени появления первых комплексных показателей и по настоящее время четко прослеживается тенденция, с одной стороны, усиления дифференциации проблемы комплексных оценок с целью более детального изучения ее составляющих, характеризующих качество воды по отдельным показателям, и с другой стороны – интеграции этих составляющих, позволяющих получить обоснованные выводы о качестве воды в целом. В связи с этим наметились две группы методов, различающихся между собой в первую очередь по принципам их разработки

[42].

К первой группе относятся методы, позволяющие оценить качество воды в виде набора различных характеристик, дающих оценку качества воды по гидрохимическим,

75

гидробиологическим, микробиологическим, гидрологическим показателям.

Они не дают однозначной оценки качества воды и относят одно и то же состояние воды водного объекта по отдельным показателям к различным классам загрязненности. Невозможность отнесения рассматриваемого состояния воды водного объекта к определенному классу загрязненности ограничивает рамки широкого распространения этих методов в практической работе.

Ко второй группе относятся методы, позволяющие однозначно оценить качество воды. И хотя никакое единственное число не может передать всю информацию о сложной многокомпонентной системе, какой являются поверхностные воды, эти методы находят широкое распространение и применение. Прежде всего, они относительно просты в применении. Кроме того, эти методы позволяют решать различные задачи по установлению уровня загрязненности в пространственно-временном аспекте и

принимать однозначные решения в различных водоохранных ситуациях.

В зависимости от цели, которую преследуют эксперты, предложены различные системы оценок. Условно их можно подразделить на три большие группы в зависимости от того,

учитываются ли при анализе требования отдельных видов водопользования, условия функционирования экосистем или то и другое одновременно.

Следует отметить, что большинство разработанных к настоящему времени комплексных характеристик состояния водных объектов так или иначе связано с использованием существующих ПДК. Это разработки ВНИИВО (Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод), ГГИ (Государственный гидрологический институт), ГХИ (Государственный гидрохимический институт)….[42].

Одним из наиболее важных при разработке комплексных оценок качества вод является вопрос о критериях, положенных в основу оценок.

76

При многоцелевом использовании водных объектов задача о выборе критериев благополучия водного объекта осложняется. Система критериев, ориентация на которую была бы обязательным условием при построении комплексных оценок качества воды и разработке правил их классификации должна отвечать следующим требованиям:

-система должна включать критерий экологического благополучия водного объекта по признаку удовлетворения утилитарных требований отдельных видов водопользования и по признаку сохранения механизмов, ответственных за формирование качественных характеристик водной экосистемы;

-для оценок качества вод многоцелевого назначения обязателен учет критерия социальной и экономической значимости отдельных видов водопользования;

-условия интеграции (свертывания) критериев экологического благополучия водного объекта и критерия социальной и экономической значимости отдельных видов водопользования в единый критерий при построении комплексной оценки качества вод должны адекватно отражать осуществляемую в стране водоохранную политику.

Основное внимание при разработке комплексных показателей должно уделяться именно комплексности, т.е.

поискам того, как численно оценить процессы,

изменяющиеся во времени, характеризуемые многими показателями состава и свойств воды и определяющие качество воды во многих пунктах водного объекта. Эта

«трехмерность» понятия «качество воды» (время-показатели- пространство) которая должна быть преодолена при разработке рассматриваемой второй группы показателей [3].

3.2.2Комплексные показатели качества воды и особенности их расчетов

Все предложенные к настоящему времени обобщенные показатели получены путем объединения и свертывания многочисленных частных показателей в один интегральный, позволяющий однозначно характеризовать различные состояния

77

водного объекта. Остановимся подробнее на анализе некоторых из них.

3.2.2.1Интегральные показатели, разработанные в ГГИ

Данные показатели позволяют характеризовать качество

водных масс в отдельных створах и на участках водных объектов,

атакже учитывать изменения качества воды во времени и пространстве [44].

Вся система интегральных гидролого-гидродинамических показателей качества воды подразделяется на три основные группы:

1группа. Показатели общей нагрузки речного потока, оценивающие нагрузку потока лимитирующими или репрезентативными веществами по их средней концентрации в поперечном сечении потока и учитывающие ее изменчивость, обусловленную изменениями гидролого-гидродинамических элементов потока (расхода воды, скоростей течения, глубин и т.д.) и особенностями режима поступления указанных веществ в водоток. Они учитывают естественное поступление веществ с поверхностными или грунтовыми водами, включая смыв с полей,

атакже поступление сбрасываемых в водотоки сточных вод промышленных предприятий, городов, сельскохозяйственных ферм и т.д.

К лимитирующим веществам при оценке качества поверхностных вод следует относить все вещества, содержания которых в водах объектах нормируется в установленном порядке, т.е. для которых определены ПДК.

Репрезентативные ингредиенты выбираются таким образом, чтобы они одновременно удовлетворяли следующим трем, или, по крайней мере, двум условиям: 1) специфичностью относительно состава сбрасываемых сточных вод, преобладающих в общем объеме сброса; 2) максимальным превышением над ПДК; 3) наименьшей скоростью трансформации [35].

2группа. Показатели пространственного распределения загрязнения в реках и водоемах, позволяющие оценить по относительному объему долю загрязненных вод в водном объекте или по относительным линейным и двумерным характеристикам

78

относительную площадь и длину формирующейся в месте сброса сточных вод зоны загрязнения.

3 группа. Показатели, учитывающие внешний водообмен водоемов, количественно характеризующие процесс постепенного накопления загрязняющих веществ в водоеме и повышения средней концентрации этих веществ в его водных массах. Они позволяют оценить потенциальную емкость водоема в отношении загрязняющих веществ на разные отрезки времени, а также характеризовать процесс постепенного снижения концентрации загрязняющих веществ после прекращения сброса сточных вод в водоем или в его притоки.

Из показателей этих трех групп в данном пособии рассмотрим показатели первой группы - абсолютный

показатель общей нагрузки и показатели относительных значений продолжительности и объемов стока загрязненной и чистой воды.

1. Абсолютный показатель общей нагрузки Sп

Абсолютный показатель общей нагрузки характеризует среднюю насыщенность потока лимитирующим или репрезентативным загрязняющим веществом или смесью веществ ниже места сброса сточных вод. Он может выражаться посредством прямых характеристик концентрации веществ (например, суммой ионов) или косвенных (БПК, ХПК, в некоторых случаях электрической проводимостью и т.д.).

Общая нагрузка выражается средней (в потоке) концентрацией Sп рассматриваемого вещества или суммы веществ. Величина Sп в так называемом створе достаточного перемешивания выражает истинное значение концентрации загрязняющего вещества.

Методика расчета Sп:

1.В данной методике расчета используются наиболее жесткие нормативы (чаще всего – это ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения или ПДКр/х).

2.Для вычисления Sп можно применить формулу:

Sп = (seQe+sстQст)/(Qe+Qст) (3.16),

если в воде реки концентрация данного загрязняющего вещества sе=0, то:

79