Лекция № 8 Интегральная оценка качества поверхностных водотоков, атмосферного воздуха, почвы

1. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).

2. Суммарный показатель нагрузки.

3. Cуммарный показатель загрязнения.

4. Категории опасности загрязнения почв и снежного покрова по суммарному показателю загрязнения.

5. Индекс загрязненности воды (ИЗВ).

1 Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) показывает интегральное загрязнение воздушного бассейна различными вредными примесями, формула для расчета этого индекса имеет следующий вид:

, (1)

где, I – индекс загрязнения атмосферы, i – номер вредной примеси, qi – средняя суточная концентрация i-ой вредной примеси в воздухе, ПДКi – предельно допустимая концентрация i-ой примеси в воздухе, Ci – константа, принимающая значения 1,7; 1,3; 1,0; 0,9 для 1, 2, 3, 4 классов опасности вредных веществ соответственно. Константа позволяет привести степень вредности i-го вещества к степени вредности диоксида серы. Обычно, индекс загрязнения атмосферы (I) рассчитывается по пяти загрязнителям: пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и формальдегид.

Суммарный показатель нагрузки показывает во сколько раз мас­са химических элементов, выпавших на данной территории больше, чем на фоновых участках. Данный показатель рассчитывается по фор­муле:

(2)

где Pi – масса i-того химического элемента, выпавшего со сне­говой пылью на данной территории, мг/км2 сут; Pфi – масса i-того химического элемента, выпавшего со снеговой пылью на фоновых участках, мг/км2 сут.

Вес химического элемента, выпавшего на единицу площади обс­ледуемой территории за единицу времени определяется по формуле:

Pi = Ci·Pn, (3)

где Сi – концентрация химического элемента в снеговой пыли, мг/кг; Pn – пылевая нагрузка, кг/км2 сут.

Масса химического элемента, выпавшего на фоновой территории, рассчитывалась по формуле: Рф = Сф·Рпф, (4)

где Сф – концентрация химического элемента на фоновом участ­ке, мг/кг; Рпф – величина пылевой нагрузки на фоновой территории, кг/км2 сут.

Прежде, чем определить коэффициент концентрации химическо­го элемента определите его среднее содержание в снеге в каждой точке опробования. Коэффициент концентрации химического эле­мента вычисляется по формуле

Кс = Сср/Сф, (5)

где Сcр – среднее со­держание микроэлемента в снеге (мг/кг); Сф – фоновое значение микроэлемента в снеге (мг/кг) (Василенко, Назаров, Призман, 1985).

4. Техногенные аномалии в снеговой пыли отражают загрязнение атмосферного воздуха. Для показа структуры загрязнения техногенной аномалии используется термин "геохимическая ассоциация". Ассоциация характеризует среднее содержание химических элемен­тов в точке опробования. В состав формулы включите значения, получившиеся для Sr, Ва, Мn, Сr после выполнения второго зада­ния. Цифры при индексах химических элементов в формуле геохими­ческой ассоциации представляют их коэффициенты концентрации.

Для общей количественной характеристики уровня аномальности в каждой точке рассчитывается суммарный показатель загрязнения

, (6)

где Ксi - коэффициент концентрации i-го аномального химического элемента, n - число аномальных элементов, входящих в геохимическую ассоциацию (Ревич, Сает, Смирнова и др., 1982).

Для характеристики геохимических ассоциаций в точке опро­бования необходимо установить определенный "порог аномальности". За нижний порог аномальности приняты значения с коэффици­ентом концентрации, равным 1.5 (Сорокина. 1983). Выделяются следующие пороги аномальности: первый (Zс = 1.5–3.0), второй (Zс = 3.0–10.0), третий (Zс = 10.0–30.0), чет­вертый (Zс = 30.0–100.0), пятый (Zс = 100.0–500.0).

Оценка загрязнения почв и снежного покрова проводится согласно (Методических рекомендаций... 1987) и (Мето­дических указаний..., 1987).

Таблица 10 - Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв и снежного покрова по суммарному показателю загрязнения

Уровень загрязнения	Категория загрязнения	Значение суммарного показателя загрязнения		Изменение показателя здоровья населения в очагах загрязнения
		почв	снежного покрова
Низкий	Допустимая	8 – 16	32 – 64	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости среднефункциональных отклонений
Средний	Умеренно опасная	16 – 32	64–128	Увеличение общей заболеваемости
Высокий	Опасная	32–128	128–256	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Очень высокий	Чрезвыч. опасная	> 128	> 256	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости и гипотрофии новорожденных

Индекс загрязненности воды (ИЗВ) рассчитывается на основе на­блюденных концентраций в j-ом контрольном створе в t-ый период времени – C[j,i,t] ,где i =1,N – индекс ингредиентов, N – количес­тво ингредиентов, наблюдаемых в контрольном створе в t-ый период времени. Расчет ИЗВ в j-ом створе реки, Iz , проводится по форму­ле:

, (7)

где: N1 = 6 – количество выбранных для расчета ингредиентов, из кото­рых обязательными являются растворенный О2 и БПК-5, а ос­тальными – четыре первых ингредиента из ранжированного (по кратности превышения ПДК) убывающего ряда концентра­ций; T – количество значений i-го ингредиента за расчетный период; Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента.

Принадлежность качества воды водотока конкретному классу оп­ределяется сопоставлением значения соответствующему интервалу из­менений значений ИЗВ. При этом различают следующие 7 классов:

Таблица 11 - Классификация качества воды по критерию ИЗВ

Iz	Класс качества воды	Характеристика уровня загрязненности
[0,0 ; 0,3)	1	ОЧЕНЬ ЧИСТАЯ
[0,3 ; 1,0)	2	ЧИСТАЯ
[1,0 ; 2,5)	3	УМЕРЕННО-ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[2,5 ; 4,0)	4	ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[4,0 ; 6,0)	5	ГРЯЗНАЯ
[6,0 ; 10,0)	6	ОЧЕНЬ ГРЯЗНАЯ
>=10,0	7	ЧРЕЗВЫЧАЙНО-ГРЯЗНАЯ

Расчет значений удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ) в j -ом створе реки проводится по следующей формуле:

, (8)

где Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента; N[j,i] – количество превышений i-ой концентрацией Cпдк[i] за период наблюдений Т , т.е. количество раз выполнения неравенства:

(9)

Т – общее количество наблюдений в j-ом створе за i-ой концентра­цией ингредиента.

Рассчитанное значение УКИЗ соответствует различным классам качества воды, приве­денными в табл. 12.

Таблица 12 - Классификация качества воды по критерию УКИЗ

Класс качества воды	Описание класса	Величина УКИЗ
1	2	3
2	Очень чистая	( 0.1 )
3	Чистая	1
4	Умеренно- загрязненная	( 1.3 ]
5	Загрязненная	( 3.4 ]
6	Грязная	( 4.10 ]
7	Очень грязная	> 10

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 производится по следующей формуле

(10)

где С1- - концентрация химического вещества в воде; ПДК1 - пре­дельные концентрации, установленные для рыбного хозяйства.