img-090539

3 8 4 __________________Раздел 3. Основы прикладной гидрохимии______________________

воздействия на водные объекты по концентрациям отдельных за­ грязняющих веществ, гидробиологические методы дают возмож­ ность оценивать ответную реакцию биоты на весь комплекс антро­ погенного воздействия. Результаты, полученные этими двумя ме­ тодами, органично дополняют друг друга.

Все многообразие существующих биологических методов анали­ за соответствует двум основным направлениям: биоиндикации и биотестированию. Первое направление, использующее гидробиоло­ гические показатели, дает возможность производить оценку со­ стояния биоты, испытывающей вредное влияние загрязнения, в то время как второе, использующее показатели водной токсикологии, позволяет оценить воздействие на биоту экспериментально, с лабо­ раторными тест-объектами.

Оценка степени загрязненности по показательным (индика­ торным ) организмам. Среди систем биологической индикации ка­ чества поверхностных вод видное место принадлежит методам оценки степени загрязненности воды по показательным организ­ мам — так называемому сапробиологическому анализу. Под влия­ нием загрязняющих веществ происходят изменения в качественном и количественном составе биоценозов, что связано прежде всего с различной чувствительностью гидробионтов к воздействию внеш­ ней среды. Одни, более чувствительные виды исчезают, другие, на­ оборот, получают массовое развитие. Впервые это свойство водных биоценозов было использовано для оценки качества воды Кольквитцем и Марссоном, создавшими известную во всем мире систему биологического анализа качества вод по показательным организ­ мам. Оценку проводят с использованием заранее разработанных систем индикаторных организмов, с помощью которых по присут­ ствию или отсутствию индикаторных видов или групп и их относи­ тельному количеству относят участок водного объекта или объект в целом к определенному классу чистоты природных вод.

Главная трудность практического использования метода инди­ каторных организмов состоит в недостаточной разработанности таксономии водной фауны и флоры. Сложности возникают и при интерпретации результатов, поскольку нужно принимать во вни­ мание многие условия и особенности биологии видов.

Оценка степени загрязненности по видовому разнообразию.

Теоретическая посылка использования индексов видового разнооб­ разия базируется на положении современной экологии об обяза­ тельном высоком видовом разнообразии как условии благополучия экосистемы. Начиная с середины прошлого столетия индексы видового разнообразия все чаще используют для оценки устойчи­ вости водных экосистем применительно к любым видам загряс няющих веществ. С их помощью можно проводить анализ структу­

ры сообщества, однако при этом следует учитывать, что видовое разнообразие меняется не только в присутствии токсичных ве­ ществ, но и при любом изменении среды обитания (например, при изменении условий минерального питания). Ряд отечественных и зарубежных ученых подвергают сомнению корректность примене­ ния индексов разнообразия для целей биологической оценки каче­ ства воды, поскольку есть еще много неопределенного и условного в теории вопроса.

Смешанные системы оценок, основанные на показательных организмах и видовом разнообразии. Смешанные системы биоло­ гического анализа качества воды объединяют принципы оценки по индикаторным организмам и по уменьшению видового разнообра­ зия в условиях загрязнения воды. Наиболее широкое распростра­ нение в нашей стране получила система Вудивисса.

Создание надежной системы оценки качества воды по состоя­ нию биоценозов возможно только при условии широких исследова­ ний по систематике и экологии индикаторных организмов и вод­ ных сообществ применительно к разным водным объектам и физи­ ко-географическим условиям.

Существующие многочисленные системы биологического ана­ лиза качества поверхностных вод и способов оценки степени за­ грязненности, базирующиеся на показательных организмах, их ви­ довом разнообразии или сочетании обоих подходов, отражают лишь статическое состояние экосистемы и не учитывают ее функцио­ нальные особенности.

Показат ели функционального состояния биоценоза. Состояние экосистемы в каждый момент времени определяется самыми разно­ образными процессами, составляющими биотический круговорот вещества, и балансом энергии. Количественное выражение этих процессов через функциональные показатели и динамику сооб­ ществ открывает единственно возможный путь к прогнозу характе­ ра воздействия загрязняющих веществ на водную экосистему.

Изменения, возникающие в экосистеме при воздействии загряз­ няющих веществ, весьма многообразны, если рассматривать их с точки зрения внешних эффектов, и довольно однозначны, если подходить к ним с наиболее существенным критерием — балансом вещества и энергии в экосистеме. Последний определяется по уров­ ню „метаболизма экосистемы”, обобщенным отражением которого может служить соотношение первичной продукции, или фотосин­ теза (Ф) и деструкции (Д). Система сбалансирована, если Ф = Д, или Ф /Д — 1. Если Ф /Д > 1, то система развивается в направлении по­ вышения продуктивности. При Ф/Д < 1 идет деградация системы, при Ф /Д —0 прекращается ее функционирование.

фикация В. Н. Жукинского, которая позволяет оценивать качество воды водоемов разной трофности. Введенные в систему структур­ ные гидробиологические показатели (биомасса фитопланктона и нитчатых водорослей), как считают авторы, содержат обширную информацию о трофности водных объектов, реальной ситуации или потенциальной возможности ухудшения качества воды в результа­ те биологического самозагрязнения.

В основу метода экологических модификаций В. А. Абакумова положено наблюдение за перестройкой структуры и метаболизма биоценозов, являющихся наиболее существенными индикаторами изменения состояния пресноводных экосистем под влиянием ан­ тропогенных факторов. Этот метод используется в настоящее время в гидробиологическом мониторинге.

На основе анализа многолетних рядов наблюдений гидробиоло­ гической сети ГСН В. А. Брызгало и Л. В. Ломакиной разработаны методы оценки загрязненности водных экосистем по показателям развития фитопланктона (I) и зоопланктона (II). Первый из указан­ ных методов основан на использовании критериев, позволяющих количественно характеризовать возможные модификации фито­ планктонного сообщества при различной антропогенной нагрузке и предусматривает статистическую обработку информации. В этом методе используются такие статистические характеристики оценки меры антропогенного воздействия, как плотность вариационного ряда или распределения (П в), наиболее часто встречающийся вари­ ант в данном вариационном ряду — моду (М0) и другие показатели. Оценка загрязненности воды проводится в два этапа с применением двух классификаций загрязненных водных экосистем: 1) по эффек­ ту антропогенного воздействия; 2) по показателям развития фито­ планктонных сообществ. В последней классификации использова­ ны оценки экологического состояния по В. А. Абакумову

(табл. 14.2 и 14.3).

Т а б л и ц а 1 4 . 2

Классификация водных экосистем по эффекту антропогенного воздействия

Статистические характеристики

Второй метод оценки загрязненности водных объектов основан на адаптационных свойствах зоопланктонного сообщества к изме­ нениям состояния водной среды. В качестве критерия механизма адаптации предложено изменение соотношения общей численности и общего числа видов. Выбор зоопланктона в качестве индикатора загрязненности позволяет оценивать конечный результат воздейст­ вия среды на планктонную составляющую водной экосистемы.

Графический способ обобщения информации (в декартовых ко­ ординатах) позволяет выделять на графике зоны, соответствующие как прогрессивному, так и регрессивному развитию экосистемы (по местоположению выделенных зон параметров и углу наклона век­ торов).

14.1.4. Оценка токсикологического состояния водного объекта

В отличие от методов оценки по различным гидробиологиче­ ским показателям, основанных на биоиндикации качества вод, данный метод базируется на биотестировании воды для оценки ток­ сикологического состояния водного объекта. Биотестирование яв­ ляется интегральной оценкой качества воды, то есть оценкой свой­ ства воды оказывать на гидробионтов токсическое действие, свя­ занное с присутствием комплекса загрязняющих веществ.

Методы, предназначенные для биотестирования природных вод (А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая и др., 2000 г.), основаны на определении изменений тест-реакций (показателей токсичности) гидробионтов при их экспозиции в воде, отобранной в зоне влия­ ния источника загрязнения, по сравнению с тест-реакциями гидро­ бионтов при экспозиции в воде условно чистого участка водного объекта (Р 52.24.566—94). Для биотестирования используются лабораторные культуры гидробионтов и природные популяции (не менее трех групп гидробионтов, например ракообразные, водоросли и рыбы). Для режимных наблюдений используются био­ тесты на ракообразных, водорослях, инфузориях, коловратках и рыбах.

Токсическое действие (острое, подострое, хроническое) устанав­ ливается по изменению различных показателей: выживаемости, плодовитости, коэффициенту прироста численности клеток водо­ рослей и др.

Оценка токсичности воды проводится на экспертной основе с использованием критериев табл. 14.4.

Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем включены в состав режимных и оперативных работ сети ГСН.

Т а б л и ц а 1 4 . 4

Оценка токсикологического состояния водного объекта (участка)

14 .2 . Ф орм а п р ед ст а в л ен и я м а т ер и а л о в ги д р охи м и ч еск и х н а б л ю д ен и й

Материалы, подготавливаемые на основе информации о состоя­ нии водных объектов, можно подразделить на четыре вида:

1)оперативная (штормовая экстренная) информация:

2)режимная (систематическая) информация:

3)обзорная (обобщенная) информация;

4)информация по запросам потребителей.

Оперативная (штормовая, экстренная) информация об экс­ тремально высоком загрязнении (ЭВЗ) или высоком загрязнении (ВЗ) водного объекта, массовой гибели гидробионтов, аварийных выбросах (сбросах) загрязняющих веществ и других явлениях представляется немедленно с пунктов наблюдений всеми видами имеющейся связи в лаборатории мониторинга загрязнения УГМС, подразделения Госкомэкологии, органы МЧС городов (районов); в свою очередь УГМС передают указанную информацию телеграфом в органы исполнительной власти субъектов РФ, центры госсанэпид­ надзора, подразделения министерств (в том числе МЧС) и ведомств, предприятиям (возможным источникам ЭВЗ).

Режимная (систематическая), текущая информация пред­ ставляется в виде:

1) ежегодных данных концентраций загрязняющих веществ (ЕДК) в поверхностных водах суши (материалы сети наблюдений УГМС);

2)таблиц первичных данных о фоновом состоянии поверхност­ ных вод суши;

3)справок о случаях высокого и экстремально высокого загряз­ нения на водных объектах.

Обзорная ( обобщенная) информация представляется в виде:

1)справок (квартальных, полугодовых, годовых) по отдельным водным объектам, бассейнам, регионам;

2)годовых обзоров о состоянии поверхностных вод России, в том числе: „Ежегодников качества поверхностных вод суши РФ”, „Ежегодников состояния экосистем поверхностных вод по гидро­ биологическим показателям”, самостоятельных разделов в составе „Ежегодников фонового состояния окружающей среды в РФ”, „Ежегодников по содержанию остаточных количеств пестицидов в объектах окружающей среды”, „Обзоров состояния окружающей среды РФ”, годовых справок о состоянии окружающей среды РФ для органов управления, а также „Обзоров фонового состояния ок­ ружающей природной среды на территории стран СНГ” и других

материалов.

Информация по запросам потребителей выдается в виде спра­ вок (первичных данных по результатам анализа проб воды и др.) государственным, административным, хозяйственным органам, научным учреждениям, проектным организациям.

Данные о результатах наблюдений сети ГСН за состоянием по­ верхностных вод (в том числе за их загрязненностью) подготавли­ ваются УГМС на технических носителях (магнитных лентах, дис­ кетах, журналах записи первичных данных) и передаются в терри­ ториальные и региональные центры обработки гидрометеорологи­ ческой информации Росгидромета (ТГМЦ и РГМЦ) и в Гидрохими­ ческий институт.

ЕДК и информация на технических носителях за год представ­ ляют собой сводку результатов наблюдений за качеством воды от­ дельных водных объектов, бассейнов, регионов и являются основ­ ными исходными материалами для составления ежегодников и го­ довых обзоров о состоянии поверхностных вод РФ. ЕДК содержат перечень пунктов и створов наблюдений, схематические карты размещения пунктов и створов наблюдений на территории УГМС, таблицу критериев оценки загрязненности воды, в которой пере­ числяются определяемые ингредиенты и приводятся предельно до­ пустимые концентрации загрязняющих веществ для водоемов са­ нитарно-бытового, рыбохозяйственного водопользования по лими­ тирующему показателю вредности, таблицу результатов химиче­ ского анализа поверхностных вод и краткую характеристику каче­ ства вод. В таблице результатов анализа приводятся также сведе­ ния о месте и времени отбора пробы, расходе воды, ее температуре, прозрачности, цветности, содержании взвешенных веществ, вели­

чине pH, содержании растворенного кислорода, главных ионов, биогенных элементов, тяжелых металлов, фенолов, нефтепродук­ тов и др.

В „Ежегодниках качества поверхностных вод суши РФ” обоб­ щается вся гидрохимическая информация за год, приводится ана­ лиз состояния водных объектов, бассейнов рек, гидрографических районов, дается сравнение с предыдущими годами наблюдений, оцениваются изменения качества вод по основным экономическим районам.

Информация по запросам потребителей составляется в произ­ вольной форме, обычно в виде справок с приложением в случае не­ обходимости табличного материала. Она может содержать сведения о характере поступления загрязняющих веществ в водный объект, динамике изменения их концентраций, последствиях влияния ан­ тропогенных факторов на качество воды и на состояние объекта в целом.

14 .3 . Г о су д а р ст в ен н ы й уч ет в о д и го су д а р ст в ен н ы й в о д н ы й к адастр

Все водные ресурсы каждой страны находятся на государствен­ ном учете. Согласно Водному кодексу РФ, государственный учет вод представляет собой систематическое определение и фиксацию количества и качества ресурсов поверхностных и подземных вод на данной территории. Это позволяет наиболее эффективно использо­ вать эти ресурсы в народном хозяйстве, вести строгий учет количе­ ства вод, отводимых для мелиорации земель, промышленного и коммунального водоснабжения, выработки электроэнергии и дру­ гих целей. Государственный учет вод способствует разработке на­ учно обоснованных мероприятий по охране вод от загрязнения и истощения, обеспечивает данными, необходимыми для разработки текущих и перспективных планов использования вод, развития и размещения производительных сил, для оперативного управления водохозяйственными системами и др. В 1975 и 1977 гг. Советом Министров СССР были приняты постановления о государственном учете вод и их использовании (ГУВ) и государственном водном ка­ дастре (ГВК). Осуществление практической реализации указанных постановлений и внедрение системы ГВК и ГУВ было поручено Го­ сударственному комитету СССР по гидрометеорологии совместно с Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР (по разделу „Использование вод”) и Министерством геологии СССР (по разделу „Подземные воды”). В настоящее время эти функции выполняются Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Министерством природных ресурсов России.

Государственному учету и включению в государственный вод­ ный кадастр подлежат все воды единого государственного фонда страны, а именно:

воды рек, озер, водохранилищ и других поверхностных водо­ емов и водных источников, в том числе каналов и прудов;

ледники и подземные воды; внутренние моря и другие внутренние морские воды;

территориальные воды (территориальное море).

Государственный учет вод и учет использования вод прово­ дятся по единой системе. Осуществляется измерение и учет количе­ ства и качества поверхностных и подземных вод (водных объектов), регистрация водопользования, измерение и первичный учет коли­ чества забираемых из водных объектов вод, количества и качества сбрасываемых в них вод, а также предоставление потребителям в оперативном порядке данных первичного учета.

Учет ресурсов поверхностных вод как важного звена системы ГУВ реализуется на основе информации, получаемой с основной и специальной гидрологической сети Росгидромета, а также с постов различных министерств и ведомств. Помимо этого привлекаются дополнительные сведения, поступающие с космических и авиаци­ онных средств наблюдений, из экспедиций и т. д. Учет поверхност­ ных вод суши по качественным показателям осуществляется в рам­ ках ГСН. Основными требованиями к гидрохимической сети при­ менительно к государственному учету вод являются следующие:

строгая увязка сети пунктов (створов) гидрохимических наблю­ дений с размещением на них водопользователей, особенно с водо­ емкими производствами;

достаточный пространственный охват водных объектов сетью наблюдений, обеспечивающих получение соответствующей инфор­ мации о качестве забираемых водопользователями поверхностных вод, а также данных об изменении качества воды в результате во­ допользования;

достаточная частота наблюдений во времени; строгая увязка перечня определяемых загрязняющих веществ и

показателей загрязнения в воде водоема или водотока со специфи­ кой состава сточных вод, сбрасываемых в них основными водополь­ зователями.

Наблюдения за качеством воды и изменением уровня загрязне­ ния в результате водопользования применительно к государствен­ ному учету вод проводятся в первую очередь в ограничивающих створах, расположенных выше и ниже:

промышленных городов, крупных рабочих поселков;