Оцінювання і прогнозування якості води

Оцінка якості прісних вод за вмістом компонентів сольового складу

Показник, мг/дм3	Категорія якості води
І	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Сума йонів	< 300	300— 500	501— 750	751— 400	901 — 1250	1251— 1750	1751— 2000	> 2000
Хлориди	< 25	25— 50	51 —75	76— 100	101— 150	151 —250	251— 500	> 500
Сульфати	< 25	25— 50	51— 75	76— 100	101— 150	151— 200	201 — 400	> 400

Екологічна класифікація якості поверхневих вод за трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) крите­ріями (табл. ) включає такі групи показників:

1)гідрофізичні — завислі речовини, прозорість;

2)гідрохімічні — рН, концентрації азоту амонійного, нітритного, нітратного, фосфору фосфатів, розчиненого кисню, перманганатна та біхроматна окисності (ХСК), БСК;

3)гідробіологічні — біомаса фітопланктону, індекс самоочищення /самозабруднення (A/R) — відношення величини валової первинної продукції фітопланктону до величини деструкції органічної речовини у планктоні; самозабруднення вод — погіршення їх якості внаслідок функціонування водних екосистем, зокрема надмірного продукування органічної речовини водними рослинами (насамперед фітопланктоном);

4)бактеріологічні — чисельність бактеріопланктону та сапрофітних бактерій;

5)біоіндикація сапробності — індекси сапробності за системами Пантле-Букка і Гуднайта-Уітлея.

Для забезпечення обґрунтованих висновків загальна кількість показників цього блоку повинна бути не менша 10.

Екологічну оцінку якості поверхневих вод суші та естуаріїв України за специфічними показниками токсичної дії визначають на підставі наявності й вмісту у воді низки інгредієнтів (ртуті, кадмію, міді, цинку, свинцю, хрому, нікелю, арсену, заліза, марганцю, фторидів, ціанідів, нафтопродуктів, фенолів (летючі), СПАР, хлорор­ганічних та фосфорорганічних пестицидів. Оцінку важких металів дають за їх загальним вмістом у воді.

Оцінку якості поверхневих вод за специфічними показниками радіаційної дії виконують за такими показниками: сумарна реактивність, концентрація стронцію-90 та цезію- 13 7.

Конкретні гідрофізичні, гідрохімічні, гідробіологічні та специфічні кількісні показники є елементарними ознаками якості води. Комплексні кількісні ознаки, що побудовані на інтегруванні елементарних ознак, використовуються як узагальнюючі ознаки якості води. На основі елементарних і узагальнюючих ознак визначають класи, категорії та індекси якості води, зони і підзони сапробності, категорії і підкатегорії трофності.

За системою екологічної оцінки якості поверхневих вод суші та естуаріїв України виокремлюють вісім категорій якості води, які базуються на узагальнюючих ознаках: І — відмінна; II — добра; III — досить добра; IV — задовільна; V — посередня; VI — погана; VII — дуже по­гана; VIII — занадто погана.

Категорії якості води відображають природний стан, а також ступінь антропогенного забруднення поверхневих вод суші. За ступенем забруднення якість води поділяють на такі категорії: І — дуже чиста; II — чиста; III — досить чиста; IV — слабо забруднена; V — помірно за­бруднена; VI — сильно забруднена; VII — брудна; VIII — дуже брудна.

За трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) показниками вони відповідають певним підкатегоріям трофності і підзонам сапробності:

І — олігомезотрофна, р-олігосапробна; II — мезотроф-на, а-олігосапробна; III — мезоевтрофна, р-мезосапроб-на; IV — евтрофна, р-мезосапробна; V — евполітрофна, а'-мезосапробна; VI — політрофна, а-мезосапробна; VII — полігіпертрофна, р-полісапробна; VIII — гіпертрофна, а-полісапробна.

Основою для екологічної оцінки якості поверхневих вод є таблиці з градаціями величин усіх показників, що відповідають категоріям якості води

Екологічна оцінка якості води в певному водному об'єкті може бути орієнтовною і ґрунтовною.

Орієнтовна екологічна оцінка є необхідною з роз­відувальною (рекогносцирувальною) метою для ви­роблення попередніх висновків та рішень і з'ясування на основі разових вимірів окремих показників якості води.

Ґрунтовна узагальнююча оцінка необхідна для пе­реконливих, відповідальних висновків і рішень. Процедура виконання ґрунтовної екологічної оцінки відбу­вається у чотири послідовні етапи:

1)групування і оброблення вихідних даних (результатів систематичного контролю якості води);

2)визначення класів і категорій якості води за окремими показниками;

3)узагальнення оцінок якості води за окремими показниками (вираженими в класах і категоріях) по окремих блоках з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води;

4)визначення об'єднаної оцінки якості води для певного водного об'єкта загалом, його окремих ділянок за певний період спостережень.

Вихідні дані щодо якості води за окремими показниками групують у просторі і часі, а також в межах трьох блоків. Згруповані показники якості води, тобто вихідні дані, обробляють: обчислюють середньоарифметичні та визначають найгірші (мінімальні чи максимальні) значення. Екстремальні значення показників аналізують з метою з'ясування природних чи антропогенних факторів, які могли їх спричинити, і прийняття рішень про використання чи вилучення цих значень.

Класи і категорії якості води для окремих показни­ків визначають, зіставляючи середні і найгірші (максимальні чи мінімальні) значення показників з критеріями спеціалізованих класифікацій.

Трофо-сапробіологічні (еколого-санітарні) показники

Показник	Категорія якості води
	І	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Гідрофізичні
Завислі речовини, мг/дм3	< 5	5—10	11—20	21—30	31—50	51—100	101—200	> 200
Прозорість, м (по диску Секкі)	> 1,50	1,00—1,50	0,65—0,95	0,50—0,60	0,35- 0,45	0,25—0,30	0,15—0,20	<0,15
Гідрохімічні
РН	6,9—7,0 7,1—7,5	6,7—6,8 7,6—7,9	6,5—6,6 8,0—8,1	6,3—6,4 8,2—8,3	6,1—6,2 8,4—8,5	5,9—6,0 8,6—8,7	5,5—5,8 8,8—9,0	< 5,5 > 9,0
NH4+, мгN/дм3	< 0,10	0,10—0,20	0,21—0,30	0,31—0,50	0,51—1,00	1,01—2,50	2,51—5,00	> 5,00
NO2~, мгN/дм3	< 0,002	0,002—0,005	0,006—0,01	0,011—0,020	0,021—0,050	0,051—0,100	0,101—0,300	> 0,300
NO3~, мгN/дм3	< 0,20	0,20—0,30	0,31—0,50	0,51—0,70	0,71—1,00	1,01—2,50	2,51—7,50	> 7,5
РОЛ, мгN/дм3	< 0,015	0,015—0,030	0,031—0,050	0,051—0,100	0,101—0,200	0,201—0,300	0,301—0,600	> 0,600
О2, мгО2/дм3	> 8,0	7,6—8,0	7,1—7,5	6,1—7,0	5,1—6,0	4,1—5,0	2,0—4,0	< 2,0
% насичення	96—100 101—105	91—95 106—110	81—90 111—120	71—80 121—130	61—70 131—140	41—60 141—150	20—40 151—160	< 20 > 160
Пермаганатна окислюваність, мгО/дм3	< 4,0	4,0—6,0	6,1—8,0	8,1—10,0	10,1—15,0	15,1—20,0	20,1—25,0	> 25
Біхроматна окислюваність, мгО/дм3	< 12	12—18	19—25	26—30	31—40	41—60	61—80	> 80
БСК5, мгО2/дм3	< 0,7	0,7—1,2	1,3—1,6	1,7—2,1	2,2—4,0	4,1—7,0	7,1—15,0	> 15,0
Показник	І	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Гідробіологічні
Біомаса фіто-планктону, мг/дмз	< 0,5	0,5—1,0	1,1—1,2	2,1—5,0	5,1—10,0	10,1—50,0	50,1—100,0	> 100,0
Індекс самоочи-щення/самозабруд-нення (A/R)	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,2—0,4	< 0,2
Бактеріологічні
Чисельність бакте-ріопланктону, млн.кл/мл	< 0,5	0,5—1,5	1,6—2,5	2,6—5,0	5,1—7,0	7,1—10,0	10,1—20,0	> 20,0
Чисельність сапрофітних бакте­рій, тис. кл/мл	< 0,5	0,6—1,0	1,1—3,0	3,1—5,0	5,1—10,0	10,1—25,0	25,1—100,0	> 100,0
Біоіндикація сапробності (індекс сапробності)
За Пантле-Букком	< 1,0	1,0—1,5	1,6—2,0	2,1—2,5	2,6—3,0	3,1—3,5	3,6—4,0	> 4,0
За Гуднайтом-Уітлеєм	1—20	21—35	36—44	45—50	51—57	58—65	66—85	86—100
Зони сапробності	Олігосапробна	β-мезосапробна	α-мезосапробна	полісапробна
β-оліго-сапробна	α-оліго-сапробна	β'-мезо-сапробна	β"-мезо-сапробна	α'-мезо-сапробна	α"-мезо-сапробна	β-поліса-пробна	α-полі-сапробна
Категорії трофності (переважаючий тип)	Оліго-трофна	Мезотрофна	Евтрофна	Політрофна	Гіпер-трофна
Олігоме-зотрофна	Мезотрофна	Мезо-евтрофна	Евтрофна	Евполі-трофна	Політрофна	Полігіпер-трофна	Гіпер-трофна

Специфічні показники токсичної (мкг/дм) і радіаційної (Кі/дм) дії

Показник	Категорії якості води
	І—II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Ртуть	< 0,1	0,1—0,2	0,3—0,5	0,6—1,0	1,1—2,5	2,6—5,0	> 5,0
Кадмій	< 0,1	0,1—0,2	0,3—0,5	0,6—1,5	1,6—5,0	5,1—10,0	> 10,0
Мідь	< 1	1—2	3—10	11—25	26—50	51—100	> 100
Цинк	< 1,0	10—20	21—50	51—100	101—200	201—300	> 300
Свинець	< 2	2—10	11—20	21—50	51—100	101—200	> 200
Хром	< 2	2—5	6—10	11—25	26—50	51—100	> 100
Нікель	< 1	1—10	11—20	21—50	51—100	101—200	> 200
Арсен	< 1	1—5	6—15	16—25	26—35	36—50	> 50
Залізо	< 50	50—100	101—500	501—1000	1001—2500	2501—5000	> 500
Марганець	< 10	10—50	51—100	101—500	501—1250	1251—2500	> 2500
Фториди	< 100	100—150	151—200	201—500	501—1000	1001—3000	> 3000
Ціаніди		< 10	10—25	26—50	51—100	101—150	> 150
Нафтопродукти	< 10	10—50	51—100	101—200	201—300	301—750	> 750
Феноли (леткі)		< 1	1—2	3—5	6—20	21—100	> 100
СПАР		< 20	20—50	51—100	101—250	251—1000	> 1000
Хлорорганічні пестициди		< 1	1—5	6—10	11—50	50—250	> 250
Фосфорорганічні пестициди (тіофос)		< 1	1—3	4—10	11—25	26—50	> 50
Сумарна β-активність	< 0,44х10^-11	(0,44—0,75)х10^-11	(0,76—1) х10^-11	(1,1—15) х10^-11	(15,1—27) х10^-11	(27,1—50) х10^-11	> 50 х10^-11
^90Sr	< 6,2 х10^-13	(6,2—9,9) х10^-13	(1—3) х10^-12	(3,1—40) х10^-12     10"12	(4,1—8,9) х10^-12	(9—40) х10^-12	> 4 х10^-12
^137Cs	< 1,2 х10^-13	(1,2—5) х10^-13	(5,1—50) х10^-13	(5,1—150) х10^-12	(1,6—15) х10^-10	(1,6—15) х10^-9	> 1,5 х10^-8

Класи та категорії якості поверхневих суші

Клас якості води	І	II	III	IV	V
Категорія якості води
Назва класів і категорій якості вод за ступенем їх чистоти (антропогенної забрудненості)	дуже чисті	чисті	забруднені	брудні	дуже брудні
дуже чисті	чисті	достатньо чисті	слабо забруднені	помірно забруднені	брудні	дуже брудні
Трофність	Оліго- трофні	Мезотрофні	Евтрофні	Полі- трофні	Гіпер- трофні
Оліготрофні-олігомезотрофні	мезотрофні	мезоефтотрофні	евтрофні	евполітрофні	політрофні	гіпертрофні
Сапробність	Оліго- сапробні	β -мезосапробні	α -мезосапробні	Поліса пробні
β-оліго-сапробні	α-оліго-сапробні	β'-мезо-сапробні	β"-мезо-сапробні	α'-мезо-сапробні	α"-мезо-сапробні	поліса-пробні

Узагальнення оцінок за окремими показниками з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води виконують на основі аналізу показників у межах відповідних блоків. Це узагальнення полягає у визначенні середніх і найгірших значень для трьох блокових індексів якості води:

—середні значення визначають, обчислюючи середній номер категорії за всіма показниками блоку;

—найгірші значення визначають за відносно найгіршим показником (з найбільшим номером категорії) серед всіх показників блоку.

Об'єднану оцінку якості води для певного водного об'єкта загалом чи окремих його ділянок отримують, обчислюючи інтегральний, або екологічний, індекс І_Е, величина якого дорівнює середньому арифметичному значень блокових індексів:

ІЕ = (І₁ + І₂ + І₃)/3,

де І₁ — індекс забруднення компонентами сольового складу; І₂ — індекс трофо-сапробіологічних (еколого-санітарних) показників; І₃ — індекс специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Екологічний індекс якості води, як і блокові індекси, обчислюють для середніх і найгірших значень категорій окремо (він може бути дробовим числом). За допомогою екологічного індексу можлива оцінка і зіставлення рівня екологічного благополуччя води по окремих ділянках водних об'єктів, по басейнах, регіонах і загалом по Україні, проте при цьому необхідно користуватися однаковим переліком показників.

Результати екологічної оцінки якості поверхневих вод подають у вигляді таблиць, графіків і карт.

Для водотоків результати доцільно подавати у ви­гляді профілю якості води, на якому показують:

· довжину річки та її приток (в км) від гирла;

· місцезнаходження джерел антропогенної дії;

· контрольні та водомірні пости;

· криву достовірних витрат води вздовж течії ріки;

· значення показників якості води.

Найзручнішим способом подання результатів екологічної оцінки якості води є картографічний. Карта наочно демонструє розподіл забруднення в річці залежно від скидання стоків, впадання приток та процесів самоочищення. Відповідно до потреб розробляють карти, що відображають:

—узагальнену екологічну оцінку якості води;

—якість води за окремими блоками показників;

—якість води за окремими показниками

Екологічна оцінка якості води може бути зображена на карті для всього водного об'єкта (вздовж всього водотоку чи на всій площі водойми) або ж стосовно конкретних пунктів контролю за допомогою відповідних позна­чок. Останній спосіб при обмеженому обсязі інформації коректніший.

Інтегральні показники оцінки якості води. На практиці для оцінки якості поверхневих вод широко застосо­вують інтегральні показники, які дають змогу одержу­вати повну характеристику процесів, що відбуваються у водному середовищі. Систему інтегральних показників формують три групи: показники навантаження, які оці­нюють навантаження потоку за середньою концентраці­єю забруднюючої речовини в його поперечному перері­зі; показники просторового розподілу забруднення в річках та водоймах; показники, що враховують зовніш­ній водообмін водоймищ. На практиці широко викорис­товуються показники перших двох груп.

До показників загального навантаження (першої групи) забруднюючими речовинами належать:

— абсолютний показник загального навантаження.

— показники перевищення або неперевищення забруднення відносно норми.

До другої групи належать показники просторового розподілу забруднення в річках та водоймах. Внаслідок скиду стічних вод у ріки та водоймища біля водних об'єктів формуються зони забруднення, розміри яких змінюються залежно від режимних характеристик потоку (рівня, швидкості течії), а також у зв'язку з змінами скиду стічних вод. Виокремлюють такі відносні показники забруднення: лінійні; площі та об'єму.

Методи прогнозування якості води.

Прогнозування якості та кількості води у ріці або водоймищі є завершальним етапом моніторингу. Воно полягає у виявленні ймовірних напрямів і результатів розвитку явищ і процесів, оцінці показників, що характеризуватимуть їх у більше або менше віддаленому майбутньому.

Відповідно до темпів розвитку прогнозованого явища та господарського планування, прогнози поділяються на: оперативні — до 3 місяців; короткострокові — до 1 року; середньострокові — 1 — 5 років; довгострокові — 5 — 20 років; понаддовгострокові — більше ніж на 20 років.

При виконанні прогнозу передусім необхідно встановити період завчасності, вибрати водні об'єкти та створи, показники якості води та метод прогнозування. Період завчасності прогнозування залежить від мети прогнозу. Із завчасністю пов'язана точність прогнозування, яка зменшується прямо пропорційно квадрату завчасності. Дані оперативного прогнозу точніші, довгострокового — мають імовірнісний характер.

Завданням прогнозування є виявлення і прогнозування незадовільного стану якості води при зміні гідрометеорологічних умов і аварійних скидах стічних вод. Головною метою прогнозу є завчасне передбачення концентрацій забруднюючої речовини у певному створі чи ділянці річки у вказаний момент часу. Одночасно можна спрогнозувати довжину забрудненої ділянки річки, час добігання забруднених водних мас від місця надходження до контрольного створу, розрахувати відстань до створу повного змішування. Такі прогнози складають для створів практично повного змішування стічних і річкових вод, а також для створів водокористування, якщо вони розміщені у зоні впливу стічних вод чи на ділянці проходження паводка.

Найчастіше для прогнозування застосовують методи екстраполяції та методи моделювання.

Метод екстраполяції оснований на припущенні про збереження в часі тенденції розвитку процесів, які відбуваються у водних об'єктах в період їх вивчення. За використання цього методу період спостережень має бути довготривалим (не менше, ніж у три рази більшим від прогнозованого періоду), охоплювати багатоводні та маловодні періоди стоку, а характер зміни якості та кількості стоку повинен мати стаціонарний і односпрямований режим. При стрибкоподібних змінах антропогенного навантаження на водний об'єкт екстраполяційний метод практично не використовують. Найдостовірніші прогнози за цим методом одержують при екстраполяції інтегральних кривих зміни кількості стоку під впливом стабільної господарської діяльності.

Метод моделювання ґрунтується на математичному описі або фізичному дослідженні гідродинамічних, фізико-хімічних та інших процесів, які відбуваються у водоймищі або водотоці та враховують закономірності зміни стану водного об'єкта із зміною основних факторів, що визначають цей стан.

Математичні моделі якості води базуються на диференціальних рівняннях з частковими похідними. За їх допомогою можна моделювати умови формування якості та кількості води — імітаційні моделі. Моделювання оптимальних умов стану водного об'єкта з урахуванням навантаження стічними водами проводиться за допомогою оптимізаційних моделей.

Моделі будуються для коротко- і довгострокових прогнозів. На вибір математичних моделей для прогнозування якості води впливають наявність вихідних даних та завдання розрахунку. Моделі якості води повинні бути простими в практичному використанні, характеризуватися універсальністю та давати достатньо надійні результати.

Тому моніторинг поверхневих вод передбачає контролювання, спостереження, оцінювання та прогнозування стану водних об'єктів на майбутнє з метою вивчення динаміки зміни якості води, закономірностей процесів самоочищення, визначення критичних ситуацій. Цей вид моніторингу поширився як складова в системі державного моніторингу і активно застосовується при дослідженні стану поверхневих вод. На основі отриманої інформації розробляють управлінські рішення для регулювання якості водних ресурсів, їх охорони і раціонального використання.

Дата добавления: 2014-01-11