img-090539

выявление характерных для данного водоема или водотока или его участка загрязняющих веществ и биотопов;

составление программы работ.

Предварительные исследования начинают со сбора и анализа материалов о водопользователях, водоеме или водотоке (гидрологи­ ческая, гидрохимическая, гидробиологическая, микробиологиче­ ская и физико-географическая характеристики), источниках за­ грязнения (количество, состав и режим сброса сточных вод). Изу­ чаются конструкция и состояние места выпуска сточных вод; вид, мощность и эффективность работы очистных сооружений), усло­ вия, при которых имели место аварийные сбросы загрязняющих веществ. Имеющиеся материалы используют для составления кар- ты-схемы водоема, водотока или его участков. На схему наносят источники загрязнения и места сброса сточных вод, намечают ме­ стоположение пункта наблюдений и ориентировочное расположе­ ние в нем створов.

С учетом результатов анализа материалов выполняют обследо­ вание водоема или водотока, во время которого:

проводят визуальный осмотр состояния водоема или водотока и его прибрежной зоны;

уточняют (или выявляют) источники загрязнения, места, ха­ рактер и режим сброса сточных вод, их количество и состав;

выполняют гидрометрические работы и расчеты в соответствии с практическими рекомендациями по расчету разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах и для определения створа полного смешения природных и сточных вод и зоны загрязненно­ сти водоема или водотока; с их учетом определяют (или уточняют) расположение створов, вертикалей, горизонтов в пункте;

отбирают пробы воды и определяют в них гидрохимические и биологические показатели с целью выявления характерных для данного пункта загрязняющих веществ и биотопов.

При проведении визуального осмотра обращают внимание на явления, характеризующие состояние водоема или водотока (цвет, прозрачность, запах воды, наличие мутных струй, взвешенных ве­ ществ, плавающих примесей, посторонней окраски, пены, нефтя­ ных или масляных пленок на поверхности воды), а также на воз­ можность подъезда к водному объекту для проведения работ и ор­ ганизации пункта наблюдений. Проверяют имеющиеся сведения об источниках загрязнения: в случае отсутствия сведений выявляют такие источники на месте. Делают уточнения на карте-схеме участ­ ка. Отбор проб воды для анализа рекомендуется проводить во время максимальной загрязненности воды в суточном цикле.

Выбор пунктов наблюдений и створов осуществляется по тем же правилам, что и в случае режимных наблюдений: при наличии ор­

352 Раздел 3. Основы прикладной гидрохимии

ганизованного сброса сточных вод устанавливают один — выше первого источника, остальные — ниже последнего в створе доста­ точно полного (не менее 80 %) смешения сточных вод с водами во­ дотока или в ближайшем пункте водопользования (не более 0,5 км от места сброса сточных вод в водотоках, используемых для нужд рыбного хозяйства); при отсутствии организованного сброса сточ­ ных вод достаточно установить один створ.

Обследование водоема предусматривает выделение характерных участков, различающихся по глубине, проточности и конфигура­ ции берегов. При наличии организованного сброса сточных вод на­ мечают ряд радиальных створов от места сброса.

Принцип расположения вертикалей и горизонтов при проведе­ нии обследований такой же, как при проведении режимных наблю­ дений. Обследования следует проводить в сроки, связанные с ос­ новными фазами водного режима для условий минимального и максимального расходов: на водотоках — в половодье, зимнюю и летнюю межени; на водоемах с умеренным и замедленным водооб­ меном — в летнее время или осенью до начала дождей; на водоемах с интенсивным водообменом — весной в период максимального притока и в летне-осенний период при минимальных уровнях; на водоемах также при наиболее низких уровнях во время ледостава.

В отобранных во время обследования пробах воды определяют все гидрохимические и биологические показатели из перечня про­ граммы. В соответствии с результатами анализа проб воды прове­ ряют правильность расчета створов смешения природных и сточ­ ных вод и зон загрязненности воды; с учетом максимально удален­ ного створа достаточно полного (не менее 80 %) смешения и макси­ мальных размеров зоны загрязненности уточняют расположение створов, вертикалей и горизонтов в пункте. В соответствии с прин­ ципами, разработанными для пунктов режимных наблюдений, и с учетом загрязненности воды, выявленной во время обследований, определяют категорию пункта наблюдений. Затем выбирают харак­ терные для пунктов загрязняющие вещества (концентрации кото­ рых в воде превышают ПДК) и составляют перечень веществ для режимных наблюдений. После этого составляют программу работ в пункте, устанавливающую перечень определяемых показателей, периодичность и сроки проведения наблюдений.

Если появляются новые источники загрязнения, изменяются мощность, состав и условия сброса сточных вод существующих ис­ точников, а также другие сложившиеся условия, то категория пункта, периодичность проведения наблюдений и перечень опреде­ ляемых показателей могут быть изменены в соответствии с уста­ новленным порядком.

13.2.И зучение б а л а н с а хим ических в ещ еств

Воснове баланса химических веществ в воде находятся объек­ тивно существующие в природе соотношения между приходом и расходом воды и веществ, на водосборной площади или в водном

объекте. Количественные характеристики прихода и расхода хими­ ческих веществ позволяют установить закономерности формирова­ ния состава воды водных объектов. В свою очередь это дает воз­ можность решать ряд практических задач, к которым относятся:

выяснение степени антропогенного воздействия на естествен­ ный гидрохимический режим отдельных водоемов и водотоков;

разработка научных основ управления водным и гидрохимиче­ ским режимом водоемов и водотоков на водосборе;

прогнозирование возможных последствий влияния водохозяй­ ственных мероприятий (осуществляемых и проектируемых) на гидрохимический и гидрологический режимы водных объектов и ряд других проблем.

Источниками поступления (прихода — Л) растворенных хими­ ческих веществ на территорию речного бассейна являются Л почв — почвенный раствор и сухие соли почв, Л пор — осадочные и извер­ женные породы, /7„„ — атмосферные осадки, Лэол — взвешенные вещества, переносимые ветром (эоловым путем), Л орг — продукты распада или гумификации остатков организмов; грунтовые и под­ земные воды. Одновременно происходит убыль (расход Р ) раство­ ренных химических веществ в результате Ри — выноса речными водами, Рэол — выноса с поверхности почв ветром, Рраст — извлече­ ния растениями.

Если не рассматривать поступление и убыль растворенных хи­ мических веществ, зависящих от подземных вод и фильтрации в нижележащие слои, еще не поддающихся оценке и обусловленных местными гидрогеологическими условиями, то уравнение баланса растворенных веществ речного водосбора будет иметь вид

Л по„„ + Л пор + Л а1м + Л эол + Л орг = Ри + Рэол+ Рраст ± Х , (13.4)

где X — увеличение или убыль растворенных веществ на террито­ рии бассейна.

Несколько преобразуя это уравнение, получаем

я п0чв + Лпор + Ла1м+ (Лэол - Рэол) + (Лорг - Рраст)= Рк± X. (13.5)

Значения членов этого уравнения для разных речных бассейнов и интенсивность их воздействия зависят от ряда факторов, из ко­ торых наиболее существенны климат, рельеф, гидрогеологические условия и растительность.

Баланс химических веществ водохранилищ представляет равен­ ство, в котором учтены количественные характеристики прихода (Ъ П ), расхода (Т.Р) и изменения запасов (ТА) химических веществ за определенный промежуток времени (год, сезон, месяц). При со­ ставлении баланса химического вещества водоемов учитывают за­ пас этого вещества в водоеме на начальное число балансового пе­ риода, все статьи прихода вещества за балансовый период, все ста­ тьи его расхода за этот период, запас вещества на конечное число периода и невязку баланса, по которой судят о точности баланса и о полноте учета всех статей его прихода и расхода.

В общем виде уравнение баланса химических веществ можно записать следующим образом:

где Н — невязка баланса.

Количество веществ в водохранилище за период, для которогс составляется баланс (год, сезон, месяц), будет определяться разно­ стью приходных и расходных компонентов за этот период по сле­ дующему уравнению:

М я+ М р + М 6п + Матм + Мгр + М т + Млт+ Мс в +

+м слх+Мля+М6ер+М0 ж+ М отм+Млес- м зт- мза6 -

где М я — количество вещества в водохранилище в начале балансо­ вого периода времени; Мк — запас вещества в конце балансового периода. П риход вещ ест ва: Мр — с водой основной реки или через входные гидротехнические сооружения на ней, если водохранили­ ще находится в каскаде; М 6 п — с водой боковых притоков и с меж­ бассейновых площадей; Матм — с атмосферными осадками, выпа­ дающими в жидком и твердом виде на водную поверхность; — с грунтовыми, подземными водами и водами, поступающими из бор­ тов и дна водохранилища при его сработке; М т — с водой, посту­ пающей через гидротехнические сооружения (сооружения ГЭС, су­ доходные шлюзы, плотины, оросительные системы и т. д.), исклю­ чая сооружения на основных реках, поступление по которым учи­ тывается величиной Мр; Мл т — при таянии плавающего и осевшего на берегах льда и снега; М св — с промышленными, хозяйственно­ бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами; Мсдх — со сточными водами, сбрасываемыми с судов; Мдя — из донных отло­ жений; М6ер — в результате размыва берегов; М ож— из живых ор­ ганизмов; Моты — из отмерших организмов; Млес — при лесосплаве. Расход вещ ест ва: М зг — со стоком через сооружения замыкающего

гидроузла; Мза6 — при заборе воды из водохранилища на орошение, водоснабжение, в судоходные каналы и на другие нужды; М ф— при фильтрации через борта и ложе с отводом воды за пределы водосбо­ ра водохранилища; М ло — при образовании льда, плавающего и осевшего на берегах в результате сработки водохранилища; Мотл — при его переходе из воды в донные отложения; М1рсф— в результате процессов трансформации; Мгаз — при выделении газов из водной толщи и испарения с зеркала водохранилища.

Результирующими элементами баланса химических веществ обычно считают аккумуляцию (А ^), которая выражается в накоп­ лении (+А) или расходовании (—А) запаса вещества в чаше водохра­ нилища, что позволяет судить о качественном и количественном изменении вещества в результате химических и биологических процессов, протекающих непосредственно в водохранилище, и ан­ тропогенного влияния.

Удельный вес отдельных статей в общем балансе химических веществ различен. Некоторые из них из-за недостатка сведений, к сожалению, приходится не учитывать, например, эоловый перенос химических веществ, поступление С02, 0 2 (в случае недонасыщения ими воды) из атмосферы и в атмосферу и др. Отдельные статьи при­ хода и расхода веществ оказываются иногда настолько незначи­ тельными, что при расчете баланса веществ ими можно пренебречь.

Объем сведений, необходимых для составления баланса ве­ ществ, в каждом конкретном случае определяется условиями зада­ чи, для которой используется баланс, а также спецификой водо­ хранилища (морфометрическими особенностями, наличием или отсутствием проточности, наличием и толщиной ледяного покрова и пр.). Применительно к конкретному водохранилищу и рассчиты­ ваемому веществу устанавливают количество членов в уравнении, все слагаемые которого должны быть определены на основании гидрометрических и гидрохимических исследований или путем расчета при отсутствии фактических данных о некоторых второсте­ пенных компонентах баланса.

13.3. И зучение п р о ц ессо в е в тр о ф и р о в ан и я

К числу глобальных процессов, резкое возрастание скорости ко­ торых отмечено в последнее десятилетие, относится процесс антро­ погенного евтрофирования, охватывающий многие водные объекты мира и вызвавший серьезные проблемы с качеством поверхностных вод. Многочисленные гидробиологические исследования (фито­ планктона, перифитона, зоопланктона, микро- и макрозообентоса и др.) показывают, что под влиянием загрязнения водных объектов

отходами производственной деятельности, происходит резкое обед­ нение видов биоты (имеющее тенденцию перехода к монокультуре) при увеличении численности отдельных видов и общей биомассы, часто возрастающей за счет этих видов. Так, например, среди водо­ рослей исчезают или сокращаются зеленые при возрастании синезеленых до доминирующего положения, увеличивается числен­ ность альфа- и ксено-альфа-сапробов. В макробентосе отмечается уменьшение числа видов вплоть до полного выпадения видов — по­ казателей чистой воды (ручейников, поденок, веснянок) при со­ кращении общей биомассы и особенно численности моллюсков, часто исчезающих полностью.

В современных условиях одной из основных причин процесса евтрофирования является накопление в водной среде биогенных веществ; характер развития фитопланктонного сообщества в вод­ ном объекте рассматривается как следствие евтрофирования. К чис­ лу наиболее наглядных проявлений последствий фитопланктонного евтрофирования водных объектов относится „цветение” воды, воз­ никающее как результат нарушения процессов саморегуляции в экосистеме и выхода на доминирующее положение в биоценозе од­ ного или нескольких видов водорослей. Таким образом, цветение воды является приспособительной реакцией водного объекта, но­ вым этапом его существования в изменившихся условиях среды. Цветение воды может рассматриваться как косвенный показатель ухудшения общего санитарного состояния водного объекта, как ис­ точник его биологического загрязнения со всеми вытекающими по­ следствиями.

Исследования последних лет, проведенные как в нашей стране, так и за рубежом, показали, что попытки воздействовать на процесс евтрофирования непосредственно в самих водоемах, как правило, положительных результатов не дают. Необходимо управлять пото­ ками биогенных веществ на водосборах путем их нормирования. Для этого следует организовать контроль этих веществ на „входе” и „выходе” водоема, чтобы можно было рассчитывать баланс биоген­ ных элементов.

Оценка последствий антропогенного евтрофирования и выявле­ ние его масштабов на фоне естественной изменчивости могут быть определены на базе результатов режимных наблюдений за особен­ ностями функционирования отдельных сообществ водных организ­ мов пресноводных экосистем. Отсутствие длинных рядов наблюде­ ний гидробиологической сети, не всегда достаточное число пунктов контроля на водном объекте и набор определяемых биологических показателей не позволяли решить указанную задачу на должном уровне. Поэтому в рамках ГСН был создан еще один вид специаль­ ных режимных наблюдений мониторинга состояния поверхностных

вод суши — за антропогенным евтрофированием. В качестве основы количественной оценки уровня антропогенного евтрофирования были приняты прежде всего приоритетные показатели природных модификаций структурной организации фитопланктонных сооб­ ществ.

Как видно из рис. 13.1, на развитие фитопланктона воздейству­ ют многие факторы, однако степень их влияния неодинакова. По­ этому при организации системы гидрологических, гидрохимиче­ ских и гидробиологических наблюдений необходимо обеспечить в первую очередь контроль за теми факторами и процессами, которые являются определяющими и играют наибольшую роль в возникно­ вении антропогенного евтрофирования водного объекта. Выбор пунктов наблюдений должен проводиться на основе оценки гидро- лого-экологического состояния водных объектов по результатам их рекогносцировочного обследования, а также анализа данных длин­ ных рядов наблюдений на действующих пунктах по комплексу гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показа­ телей.

При рекогносцировочном обследовании водные объекты изуча­ ются на всем их протяжении с целью выявления пространственных неоднородностей распределения величин, характеризующих функ­ ционирование экосистемы в целом и ее отдельных биотопов. Учи­ тывая высокую пространственно-временную неоднородность и из­ менчивость показателей экологического состояния водных объек­ тов вопрос синхронного отбора репрезентативных проб имеет особое значение. При рекогносцировочном обследовании необходимо про­ вести отбор проб по всей акватории за время, много меньшее того, за которое могут произойти значительные изменения в распределе­ нии фитопланктона, и с таким пространственным интервалом, ко­ торый исключал бы пропуск характерных аномалий водного объек­ та. Принципиально этот вопрос можно решить, используя методику экспрессной съемки водного объекта с помощью воздушной стан­ ции наблюдений (вертолет, самолет). На рис. 13.2 представлена карта распределения органических азота и углерода, построенная по данным вертолетной съемки, проведенной в течение одних суток.

При выборе пунктов режимных наблюдений предпочтение отда­ ется участкам водных объектов, на которых наиболее ярко прояв­ ляются различия в структурно-функциональной организации со­ обществ водных организмов (то есть наглядно отражаются послед­ ствия антропогенного воздействия) и которые находятся под влия­ нием как существующих, так и проектируемых источников посту­ пления веществ — потенциальных факторов возможного усиления процессов евтрофирования.

максимальных и средних значений численности и биомассы фито­ планктона и в изменении состава ведущих и доминирующих видов; изменение соотношения продукционно-деструкционных про­

цессов; изменение качественного состава и количественных показате­

лей развития макрозообентоса.

При определении частоты и сроков отбора проб необходимо ис­ ходить из того, что система наблюдений должна а) быть „биологи­ чески эквивалентной”, то есть учитывать естественную периодич­ ность развития водных сообществ, определяемую региональными особенностями водного объекта, причем сроки наблюдений должны быть приурочены к периодам достаточного количественного разви­ тия биоты; б) учитывать степень стабильности экосистемы, опреде­ ляемую по данным многолетних исследований; в) учитывать усло­ вия и сроки поступления в водную среду веществ, стимулирующих процессы евтрофирования.

Частота и сроки отбора проб в пунктах режимных наблюдений ГСН должны быть скорректированы с учетом физиологической ста­ дии развития сообществ водных организмов, вошедших в состав контролируемых параметров, региональной спецификации и сте­ пени евтрофирования водных объектов, а также требований опера­ тивности получения информации.

В начальный период организации наблюдений за антропоген­ ным евтрофированием целесообразно проводить наблюдения не ре­ же одного раза в месяц в вегетационный период, захватывая при этом пики весеннего половодья и летние паводки. При наличии ря­ да данных режимных наблюдений, позволяющего установить цик­ личность развития биологических компонентов системы, возможно снижение частоты контроля за счет его проведения в наиболее ха­ рактерные сроки проявления процесса евтрофирования.

13.4. П ровед ен и е гидрохим ических раб о т

Отбор проб и их консервирование. Проблема отбора проб весь­ ма сложна и многообразна. Проба должна представлять водоем или его часть и характеризовать состояние воды за определенный про­ межуток времени. Степень репрезентативности единичной малой пробы воды зависит от ряда факторов, в числе которых: однород­ ность отбираемой водной массы, число точек пробоотбора, размеры отдельных проб и способ их отбора.

Отбор репрезентативных проб должен проводиться с учетом осо­ бенностей водоема (морфологии, гидрологии, характера водосбора и т. д.) и состояния, в котором находятся определяемые вещества (растворенное, взвешенное, коллоидное, пленочное). Не следует