Караушев Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод

Таблица 8.5	состава бытовых и промышленных	крупного города
	Показатели	сточных вод

а §

140

о

(N Г*’

,

1-Н <ч

1

1

1

1

5 1

о

о

о

о

II

I 1

I 1

1 1

1

^ СП <о

ГМ\с

о

rs

»-н

О о О

о

5

со

o ' о" о 4о"

| «

| 3

ч \

1

'О

00

§

’

о

S S о

frt

с?

в

o '

о"

§

I

о O'

ГО

30-

ri

*0.

о

О

О О ®

N

о\

1

II

I

1

1

1

7 Jh 7

I

I |

I

О

■Л

«Л

с- сч

П « N 2 о

I I

чО

о

о

о О ®.

О

о o ' ©

^

t*"-

СП

^

Г*

«Л СП 0

0

0

0

С-Г -Н о о о о о

5

«в

О о

о

СП <N

II

§

V)

<N

1

t

1

1

1

Tf

•о

•Г)

о

<п

1

1

00 00

о

о

О

О

1 1 | 1 1

1

I 1 1 1

1 1 1

£

i

о

о

О

•Л о

V© rt

(N (N н

«н <N

г-

00

оо

О

cs

00

в

О О o '

S «

гн

о о О >fiй w

'"О, ГН гч

О

во -Г

_Г

сН o' o'

СП ^

<S

о

04

181

Таблица 8.6

Показатели состава поверхностного стока с территории крупных городов в мг/л

(средние многолетние данные за 1960-1980 гг.)

	Показатель	Фильтрованная	Натуральная
		вода	вода
	Взвешенные вещества	__	750
	БПКполн	25	60
	ХПК	100	500
	Азот общий	3,8	-
	Азот органический	2,0	-
	Азот аммонийный	1,2	-
	Азот нитритный	0,05	-
	Азот нитратный	0,6	-
	Фосфор общий	1,0	-
	Фосфор органический	0,45	-
	Фосфаты	0,20	-
	Нефтепродукты	15,0	90
	Хлориды	75,0	-
	Сульфаты	110,0	-
	СПАВ	0,5	-
	Медь	0Д5	0,23
	Свинец	0,20	0,50
	Цинк	1,20	3,0
	Железо	3,0	-
	Никель	0,09	0,14
	Хром общий	0,05	0,08
	Бенз (а) пирен	0,04 • 10~ 3	0,45 ' 10“ 3

тяжелые металлы , фенолы и т. д.) и минеральные ф ормы азота. К лим и­ тирующим вещ ествам следует также отнести соединения фосфора.

Содержание органических веществ нормируется по их групповым п о ­ казателям (Б П К П0ЛН>Х П К ).

Дпя бы товых и промыш ленных вод репрезентативными показателя­ ми являю тся биогенные вещ ества (азот, ф осф ор), а также органичес­ кие — для очищенных вод (по Х П К ). Для ливневых вод, помимо ор ­ ганических вещ еств, репрезентативными являю тся также некоторые техногенные вещества.

В качестве индикатора для обнаружения смешанных сбросов быто­ вых и промыш ленных вод можно использовать отношение содержания общ его фосфора к общ ему (или минеральному) азоту. Неочищенные

182

сточные воды при этом характеризую тся значениями 0,25 —0,40 этого отношения, а биологически очищенные воды величиной отношения « 0 ,1 - Для ливневых вод таким индикатором является значительное со­ держание взвеш енной ф ормы веществ (до 4 0 —90 %).

8.7. Комплексные гидрохимические показатели

При оценке качества воды по больш ому числу ингредиентов возника­ ют определенные неудобства, связанные с необходимостью рассмотре­ ния больш их массивов чисел. Поэтому предпринят ряд попы ток вве­ дения в практику оценки качества воды обобщ енного или ком плексно­ го показателя, который представлял бы собой скалярную величину, функционально связанную со множ еством значений рассматриваемых ингредиентов. Наряду с общ им достоинством — удобством для поль­ зователей — комплексны е показатели могут иметь и существенные не­ достатки — потерю информативности и неоднозначность. Очевидно, что основным критерием при создании комплексного показателя к а ­ чества воды должно быть его соответствие реш аемой задаче. Приходит­

ся констатировать,	что в настоящее врем я не существует универсаль­
ного ком плексного	показателя качества воды , свободного от указан ­

ных недостатков, а такж е от элементов субъективизма при его опреде­ лении. В то же врем я имеется ряд работ, в которы х дается методика расчета комплексны х показателей применительно к конкретны м прик­ ладным задачам. Так работа /1 4 /посвящ ена вопросам определения кри ­ териев качества воды водны х объектов для реш ения задач управления водоохранными комплексами. В качестве примера обобщ енного пока­ зателя качества воды и его использования рассмотрим разработанную в Гидрохимическом институте м етодику оценки степени загрязненности воды водных объектов по гидрохимическим показателям /20/. Соглас­ но этой методике, на первой стадии обработки данных проводится расчет условного коэффициента комплексности К

К = (m '/m ) - 100% .

(8.1)

Здесь пГ — количество вещ еств, содержание которы х превышает ПДК; m - общее число нормируемых ингредиентов, определяемы х програм ­ мой исследований.

При К < 10 % проводится дифференцированное обследование загряз­ ненности по единичным загрязняю щ им компонентам , обусловивш им загрязнение. Это обследование предполагает подробный анализ накоп­ ленного материала с применением статистических методов. Получае­ мые статистические и вспомогательные показатели (экстремальные значения концентраций, значения концентрации различной обеспечен­ ности, повторяемость превыш ения 1, 10, 100 ПДК и т. д.) позволяют

183

делать вы воды о степени и опасности загрязнения воды изучаемыми ве­ щ ествами.

Бели К > 10 %, применяется ком плексная оценка качества воды при помощ и комбинаторного индекса загрязненности (К И З ). КИ З рассчи­ ты вается по формуле

m

(8.2)

где o jj — оценочный балл, которы м характеризуется состояние качест­ в а воды по i-му ингредиенту:

(8.3)

здесь а^ — балл, назначаемый при помощ и специальных таблиц в зависи­ мости от кратности превыш ения ПДК; - балл, оценивающий число

случаев превыш ения ПДК. Значение общ его			оценочного балла со • по
каж дом у	ингредиенту в	отдельности может	изменяться от 1 до 16.
Больш ем у	его значению	соответствует более	вы со кая степень загряз­

ненности воды .

По величине КИ З устанавливается класс загрязненности воды . Всего вы деляется четыре класса: слабо загрязненная, загрязненная, грязная, очень грязная. При значении КИЗ > 1 1 т вода характеризуется к а к не­ допустимо грязная и рассматривается вне предлагаемой классификации.

Т аки м образом , показатель К И З с определенной степенью условнос­ ти позволяет оценивать качество воды водного объекта, проводить сравнительный анализ состояния загрязненности различных объектов и изменения этого состояния с течением времени.

184

9ЗАДАЧИ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА

ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИи ВОПРОСЫ ПЕРСПЕКТИВНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

9.1. Задачи мониторинга и организация наблюдений

Мониторингом называют систему регулярных наблюдений за изменяю­ щимися элем?нтамн окружающей среды с целью выявления роли антро­ погенного фактора /22/. В понятие мониторинга должны входить также и методы обобщения получаемых данных. Рассматривая мониторинг качества поверхностных вод суши (рек, озер, водохранилищ) как од­ ного из компонентов природной среды» необходимо особо отмеТить пространственную дискретность объекта. Антропогенное воздействие на качество вод сути также в большинстве случаев реализуется в виде дискретных источников загрязнения. Это требует специального учета при планировании сети пунктов наблюдений и разработке подходов к региональным обобщениям получаемых данных.

Задачи мониторинга качества поверхностных вод суши могут ре­ шаться на основе правильно организованных стационарных сетевых наблюдений /43/. Сеть должна обеспечивать: 1) приоритет контроля антропогенного воздействия, 2 ) систематичность наблюдений, 3) комп­

лексность программы работ, 4) оперативность получения и передачи информации. Структура сети должна учитывать закономерности фор­ мирования местного зонального стока и формирования стока и качест­ ва вод крупных рек, имеющих полигональный характер. Общим прин­ ципом размещения пунктов наблюдения является репрезентативность по масштабам и видам загрязнения, по физико-географическим и гид­ рологическим характеристикам.

Для надежной оценки антропогенного фактора формирования ка­ чества вод параллельно с загрязняемыми водами изучаются незатрязняемые. Измерения на незагрязняемых реках позволяют не только оп­ ределять общие фоновые характеристики качества вод, но и учитывать те изменения фона, которые обусловлены антропогенным фактором, проявляющимся в пределах крупных регионов и даже в глобальном масштабе. Специально должен рассматриваться вопрос о наблюдениях в пределах заповедников, результаты которых представляют особую значимостьдля оценки естественных колебаний гидрохимического фона.

Основной задачей наблюдений на загрязняемых реках является кон­ троль за качеством вод и изучение основных факторов и процессов за­ грязнения и самоочищения. Сеть гидрохимических наблюдений орга­ низуется с учетом сбросов сточных вод, а также видов водопользования,

185

Размещение створов наблюдений на водном объекте осущ ествляется с учетом гидрологического режима объекта, гидродинамических уеловий, определяющ их процесс разбавления сточных вод. Расположение створов гидрохимических наблюдений согласуется с положением ство­ ров гидрологических измерений. Это позволяет обеспечивать получение ком плексны х характеристик загрязняем ого-участка водного объекта» вклю чая сведения о расходах воды , скоростях течения, ветровом вол ­ нении, составе донных отложений, а также необходимые сведения по батиметрии.

Состав и объем гидрохимических наблюдений определяется требова­ ниями со стороны органов государственного управления и надзора и со стороны основных водопользователей. Перечень определяемы х ингре­ диентов мож ет варьировать от пункта к пункту, однако предусматри­ ваются такж е и обязательные для всех пунктов гидрохимические опре­ деления. учитывающие общие требования к качеству воды бы тового и рыбохозяйственного водопользования. В программах учитывается сте­ пень загрязненности объекта, его хозяйственная и ландш афтная зна­ чимость.

При организации гидрохимических наблюдений целесообразно при­ менять две схемы размещ ения пунктов наблюдений — объектную и территориальную, что отражает различия в закономерностях ф орми­ рования химического состава вод местного стока и достаточно круп ­ ных водны х объектов.

Объектная схема размещ ения применяется на реках, каналах, озераз, водохранилищ ах и включает пункты , расположенные: а) на боль­ ших и средних реках и каналах, представляющ их объекты больш ого народнохозяйственного значения; б ) в замыкаю щ их створах крупных рек , впадающих в м оря; в ) на крупны х озерах и водохранилищ ах.

На больших реках размещение пунктов наблюдений и их количество намечается с охватом участков рек , существенно различающихся по гидрологическому режиму (характерны м расходам воды , срокам на­ ступления и выраженности фаз водного реж има и т. д .) , и с учетом ин­ тересов основных водопотребигелей (коммунальное и промышленное водоснабжение, орош ение, рыбное хозяйство и т. д .) . Материалы наблю­ дений на больших реках должны также обеспечить составление вод­ но-солевого баланса изучаемых объектов, поэтому пункты наблюдений охватывают устьевые участки всех крупных притоков, а такж е наме­ чаются на границах участков резкого изменения химического состава воды .

Для вы бора пунктов гидрохимических наблюдений на реках целесо­ образно проводить рекогносцировочные гидрохимические съемки по длине реки (гидрохимическое профилирование). Во многих случаях съемки достаточно проводить в меженный период. Съемки позволяю т выявить места существенных изменений химического состава воды за счет различных физико-географических условий водосборов, смены

186

источников питания, искусственного изменения водного оежима.

На горных реках пункты гидрохимических наблюдений намечаются в каж дом высотном поясе, при вы ходе реки из гор, на периферии к о ­ нуса выноса и перед началом интенсивного разбора вод на орошение.

На крупны х и средних зарегулированных реках организуются гидро­ химические наблюдения в верхних и нижних бьефах гидротехнических сооружений с целью вы явления влияния зарегулированности стока на химический состав воды. К ак минимум, долж ны быть намечены два створа: входной створ (выш е места выклинивания подпора) и створ в приплотинной части нижнего бьефа.

На каналах значительной протяженности следует размещ ать не менее двух пунктов изучения химического состава: в головной части канала и в его устье или в узле распределения (для оросительных к ан ал о в ).

П ункты , располагаемые в замы каю щ их створах крупных рек, долж ­ ны характеризовать наиболее постоянные объекты исследований, пред­ ставляющие большие водосборы речных систем, со стоком которы х вы носятся с суши огромны е количества растворенных вещ еств.

Д ля размещ ения пунктов гидрохимических наблюдений на озерах и водохранилищ ах выбираются те водные объекты , которы е имеют круп ­ ное народнохозяйственное значение. При этом желательно, чтобы наб­ людениями были охвачены указанные водоемы в каж дой природной (ландш афтной) зоне или вы сотном поясе (в горных районах). Выбор местоположения пунктов наблюдений и их число на конкретном во ­ доеме определяется необходимостью учета характерных гидрохимичес­ ких особенностей исследуемого водоема, связанных с его морфологией и условиями проточности. Наблюдениями но возмож ности должны быть охвачены все характерные участки водоема в отношении проточ­ ное та и средней глубины.

Продолжительность наблюдений на пунктах объектной схемы разме­ щения определяется поставленными задачами. При этом следует иметь в виду, чго пункты конкретного народнохозяйственного значения м о­ гут быть закры ты при накоплении достаточного материала наблюдений.

Пункты , расположенные в			замыкаю щ их створах крупных речных сис­
тем, а также на объектах,			выделенных в каж дом физико-географичес­
ком районе для изучения			многолетних колебаний гидрохимического
и	гидрологического	режима, имеют неограниченный срок действия
(	реперные п у н к ты ).

Территориальная схема размещ ения пунктов наблюдений применяет­ ся для изучения гидрохимическогр режима малых рек (местного сто­ к а ) и получения территориальных обобщений основных его характе­ ристик, отражающих природную (ландш афтную ) зональность форми­ рования химического состава поверхностных вод. При территориальной схеме выбираются пункты , замыкающ ие сравнительно малые речные водосборы (в лесной и лесостепной зонах, например, площадь водосбо­ ра до 10—12 тыс. км хорош о отражающие местные условия основных

187

природных районов изучаемой территории. При размещении этих пунк­ тов учитываются существующие схемы физико-географического райо­ нирования с охватом речных водосборов в каждой природной зоне (высотном поясе в горных районах) и в каждом географическом райо­ не. Внутри географического района для пунктов гидрохимических наб­ людений выбираются гидростворы, расположенные на реках, водосбо­ ры которых достаточно полно отражают характерные особенности при­ родных условий (тип почв, растительность, геологическое и гидро­ геологическое строение).

Необходимая продолжительность периода гидрохимических наблю­ дений при территориальной схеме размещения пунктов определяется таким образом, чтобы было обеспечено получение материалов, харак­ теризующих годы, средние по водности, многоводные и маловодные, не менее, чем в трехкратной повторности.

Для пунктов как объектных, так и территориальных исследований основным принципом, определяющим частоту и сроки взятия проб во­ ды на химический анализ, является учет основных фаз гидрологичес­ кого режима.

На водотоках минимальная частота наблюдений определяется отбо­ ром проб в следующие сроки: 1) в конце зимней межени, 2) на подъе­

ме весеннего половодья, 3) во время прохождения пика половодья, 4) на спаде половодья, 5) в период, переходный от половодья к летней межени (на шлейфе половодья), 6 ) во время летней межени, 7) в пе­

риод осеннего увеличения водност. В горных районах и в районах с летним половодьем (паводком) соответствующие пробы берутся не в йесеннее, а в летнее время —во время прохождения главного паводка.

На водоемах гидрохимические наблюдения должны проводиться как минимум в следующие сроки: 1) в период стояния максимального уровня воды (в годовом цикле), 2 ) в зимний период во время наибо­

лее низких уровней воды и наибольшей толщины ледового покрова, 3) при наиболее низких уровнях воды в летне-осенний период.

Гидрохимические наблюдения должны включать определения ион­ ного состава воды, общего содержания растворенных органических соединений, биогенных веществ, газового состава, загрязняющих ве­ ществ.

Организация сетевых наблюдений на загрязненных и незагрязненных водных объектах на изложенной основе позволяет получить материал, достаточный для оценки и контроля качества воды объектов, испыты­ вающих влияние деятельности человека, и пригодный для взаимной увязки данных по количественным и качественным изменениям при­ родных вод.

188

9 2 .Региональные обобщения по мониторингу

В понятие мониторинга принято включать наряду с системой наблюде­ ний и методы обобщения получаемых данных поскольку конечной целью мониторинга является выделение и оценка антропогенных изме­ нений среды. Атональные обобщения являются важнейшей составной частью мониторинга. Они позволяют производить взаимное сопостав­ ление регионов в отношении загрязненности вод, выявлять особеннос­ ти процессов загрязнения и самоочищения в пределах крупных регио­ нов и речных бассейнов, что должно способствовать правильной орга­ низации борьбы с загрязнением и учитываться при экономическом перспективном планировании.

Результаты наблюдений по мониторингу могут обобщаться разными способами на различной методологической основе, в частности при ис­ пользовании системы интегральных показателей, рассмотренных в на­ стоящей монографии.

В целях обобщения данных наблюдений на отдельных объектах при­ меняется система интегральных показателей загрязненности и качества вод, находящихся в сфере антропогенного влияния. В основе системы лежит концепция ПДК, о применимости которой для мониторинга говорится в работах Ю. А. Израэля /22/. В системе интегральных по­ казателей могут использоваться не только гигиенические и рыбо­ хозяйственные ПДК* но также и экологические ПДК или другие нор­ мативы, отвечающие требованиям охраны окружающей среды и здо­ ровья человека.

При обобщении материалов для отдельных водных объектов полез­ но использовать следующие интегральные показатели: 1) средняя годо­

вая концентрация лимитирующего вещества (или группы веществ) в створе наблюдений, 2) показатели относительной продолжительности

загрязненного (по критерию ПДК) и чистого стока, 3) показатели от­ носительных объемов загрязненного и чистого стока, 4) относительные показатели размеров зон загрязнения, 5) уровень общей нагрузки озе­ ра или водохранилища лимитирующим веществом.

Для каждого пункта наблюдений на водотоке сначала вычисляют значения годового стока и средней годовой концентрации основных гидрохимических ингредиентов, что позволяет обнаружить отклонения от природного фона или же явное загрязнение, а затем находят относи­ тельное время, объем загрязненного и чистого стока и другие показа­ тели. Все эти показатели могут быть картографированы по территории для периодов межени, паводка или для средних условии года.

Для региона в целом подобные обобщения могут быть сделаны на основании региональных интегральных показателей. Так, например, могут быть вычислены региональные показатели относительной длины X рег и относительной площади т?заг загрязненных участков суммарно по всем рекам рассматриваемого региона. Эти показатели вычисляются

189

для наиболее неблагоприятных (в смысле возмож ности загрязнения) гидрологических условий по ф орм улам :

(9Л)

т?	N	j	/ s		м	(9.2)
	•_{ заг			a ,
'заг		i '	j , (		j ’	v	}
	M		К
в которы х X L •.		£ П:			- общ ая длина и общ ая площадь зеркала (налри-
	]=\ j		J
мер, в период межени)					рек региона, изучаемых по программе монито­
ринга;	L 3gr | Д ^ аг j "				длина и площ адь каждой частной зоны загрязне­
ния (при той же* гидрологической ситуации); М и N -						соответственно

общее число изучаемых рек и общее количество зафиксированны х на них зон загрязнения.

Важной обобщающей характеристикой м ож ет явиться региональный показатель относительного объема загрязненного стока а рег, вычис­ ляемый по ф орм уле:

% e r = c ! V, a r l ) / W

(9-3>

К

в которой ^ Узаг ^ — сумма годовы х значений стока загрязненных вод

(по критериям ПДК) в створах рек при пересечении границ рассматри­ ваемой территории; Vo6 ~ общий учтенный сток сданной территории.

9.3. О перспективном прогнозировании качества поверхностных вод

Перспективное прогнозирование качества поверхностных вод становит­ ся актуальной задачей для речных водосборов, находящ ихся под воз­ действием антропогенных ф акторов или в тех случаях, когда такое воз­ действие ожидается в будущем. В условиях влияния хозяйственной деятельности качество воды в водотоках и водоем ах следует рассмат­ ривать к а к результирующую характеристику природных и антропоген­ ных процессов формирования вещ ественного состава и свойств водных масс.

При гидрохимическом прогнозировании необходимо учитывать, что

антропогенные	ф акторы	по характеру своего воздействия на качество
Вод подразделяю тся на		две основные группы : 1) действующие непо^
средственно в	русловой	сети или на акватории водоем а (например,

сбросы сточных код ) и 2} действующие на водосборной площ ади (пре­ образование поверхности водосбора, внесение удобрений и пестицидов,

190