Расчет качества поверхностных вод по методике ИЗВ в пунктах наблюдений

Химический состав морской воды Таганрогского залива отличается непостоянством как в пространстве, так и во времени и определяется, поступлением громадного количества растворенных и взвешенных веществ (минеральных и органических) с речным стоком, а также процессами их трансформации в зоне смешения речных и морских вод. Волга является также существенным источником загрязнения каспийских вод. Основной вклад в загрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем течении реки.

Для обитателей моря особое значение имеют химические элементы, входящие в состав «живого вещества» (кислород, углерод, азот, фосфор, кремния), минеральные и органические соединения которых присутствуют в воде в растворенном и взвешенном виде. Процессы обмена этими элементами между водой и «живым веществом» в Таганрогском заливе протекают интенсивно. Из морской воды обитатели моря потребляют растворенные вещества, необходимые для роста и развития, в нее в конечном счете в растворенном виде возвращаются продукты их жизнедеятельности.

В силу вышеизложенного гидрохимические параметры, характеризующие обменные процессы между водой и «живым веществом», например, содержание и отношение азота, фосфора и кремния или разность между растворимостью и содержанием кислорода в воде могут использоваться в качестве показателей функционального состояния биологических сообществ, биологической продуктивности морских вод.

Распределение кислорода в Таганрогском заливе неравномерно, но в среднем его содержание несколько превышает 90% насыщения. Причем максимальный уровень кислорода отмечается зимой. Благодаря повышению плотности вод Таганрогского залива происходит интенсивное перемешивание вод, в результате чего улучшается вентиляция глубинных слоев и происходит насыщение их кислородом.

Важным фактором, влияющим на формирование химического состава вод, являются течения. Перенос вещества Таганрогского залива существенно связан с протекающими в нем биологическими процессами. Во-первых, течения переносят основную массу гидробионтов. Во-вторых, в зависимости от направления течений, могут по-разному перераспределяться биогенные вещества и продукты жизнедеятельности водных организмов. В-третьих, течения обуславливают распространение загрязняющих веществ, попадающих в Таганрогский залива и другие районы Азовского моря со стоками рек. Наконец, в-четвертых, с изменением направления течений могут меняться физико-химические условия обитания водных организмов, в первую очередь соленость воды, а так же температура и кислородный режим.

Фоновые уровни содержания нефтяных углеводородов в морской воде изменяются в очень широких пределах в зависимости от многих природных и техногенных факторов. Максимальные концентрации тяготеют к прибрежным и внутренним морским водам, зонам интенсивного судоходства и иной хозяйственной деятельности.

До конца 1960-х годов отсутствовал запрет на сброс нефтепродуктов море. Нефть попадала в море из переполненных нефтехранилищ, при нефтеперевозке и перегрузке на берег танкерами. В связи с этим следует отметить, что транспортировка нефти, будучи обязательным атрибутом нефтегазодобывающей деятельности на шельфе Мирового океана, одновременно является одним из основных источников его нефтяного загрязнения (Герлах С.А., 1985), причем наиболее крупные аварийные разливы нефти связаны именно с ее перевозкой, а не с добычей или переработкой.

Благодаря запрету на сброс балластных и неочищенных сточных вод уровень нефтяного загрязнения Таганрогского залива начал уменьшаться. В этих условиях основным источником поступления нефтепродуктов в воды залива, так же как в Мировой океан и другие моря России, стал поверхностный сток.

Каждый из показателей качества воды в отдельности, хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей, хотя иногда косвенно бывает связан с некоторыми из них. Например, увеличенное, по сравнению с нормой, значение БПК5, косвенно свидетельствует о повышенном содержании в воде легкоокисляющихся органических веществ; увеличенное значение электропроводности — о повышенном солесодержании и др. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК (правило суммации). Критерием качества воды при использовании правила суммации является выполнение неравенства:

где: СФi и ПДКi — фактическая концентрация в воде и ПДК для i-гo компонента.

Следует отметить, что сумма приведенных концентраций согласно ГОСТ 2874 может рассчитываться только для химических веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности — органолептическим и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов no достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле:

Ci — среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год):

ПДКi — предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества:

6 — число показателей, берущихся для расчета.

Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по табл. 1 в зависимости от значения ИЗВ определяют класс качества воды.

В число 6 основных, так называемых "лимитируемых" показателей при расчете ИЗВ входят, в обязательном порядке, концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще 4 показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными, или которые имеют наибольшие приведенные концентрации (отношение Сi/ПДКi). Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бывают следующие: содержание нитратов, нитритов, аммонийного азота (в форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелых металлов — меди, марганца, кадмия и др., фенолов, пестицидов, нефтепродуктов, СПАВ (синтетические поверхностно-активных вещества.

Таблица 1 Характеристики интегральной оценки качества воды

ИЗВ	Класс качества воды	Оценка качества (характеристика) воды
Менее и равно 0.2	I	Очень чистые
Более 0.2-1	II	Чистые
Более 1-2	III	Умеренно загрязненные
Более 2-4	IV	Загрязненные
Более 4-6	V	Грязные
Более 6-10	VI	Очень грязные
Свыше 10	VII	Чрезвычайно грязные

Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

Очевидно, не все из перечисленных показателей качества воды могут быть определены полевыми методами. Задачи интегральной оценки осложняются еще и тем обстоятельством, что для получения данных при расчете ИЗВ необходимо проводить анализ по широкому кругу показателей, с выделением из их числа тех, по которым наблюдаются наибольшие приведенные концентрации. При невозможности проведения гидрохимического обследования водоема по всем интересующим показателям целесообразно определить, какие же компоненты могут быть загрязнителями. Это делают на основе анализа доступных результатов гидрохимических исследований прошлых лет, а также сведений и предположений о вероятных источниках загрязнений воды. При невозможности выполнения анализов по данному компоненту полевыми методами (СПАВ, пестициды, нефтепродукты и др.), следует произвести отбор проб и их консервацию с соблюдением необходимых условий, после чего доставить пробы в требуемые сроки для анализа в лабораторию.

Таким образом, задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т.к. для окончательного вывода о классе качества воды необходимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

К недостаткам приведенного способа интегральной опенки качества воды, несмотря на его широкое распространение на практике, можно отнести следующее.

Во-первых; учет изолированного действия отдельных химических веществ или их групп недостаточен для оценки фактической экологической ситуации в водоеме либо чистоты питьевой воды.

Во-вторых, многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу из 6 лимитированных показателей, выпадают из внимания исследователей. В их числе могут быть и те показатели, по которым имеется превышение ПДК, а также и те, по которым ПДК не превышены.

В-третьих, в результате взаимодействия многих химических компонентов в воде, даже при их малых концентрациях, могут образовываться соединения, значительно более токсичные, чем исходные. Кроме того, совместное присутствие в воде некоторых токсичных веществ, приводит к увеличению их токсичности (явление синергизма).

В-четвертых, (и это может быть самым существенным недостатком приведенного метода интегральной оценки качества воды) определение ИЗВ предполагает контроль только по гидрохимическим показателям, при этом из поля зрения исследователей ускользают микробиологические показатели, которые имеют часто решающее значение при оценке пригодности воды для нужд пищевого и бытового использования.

Указанные недостатки интегральной оценки качества воды сводятся к минимуму при включении в "арсенал" методов мониторинга гидробиологических методов, например, метода биоиндикации по Вудвиссу, методов биотестирования. Вместе с тем, как уже отмечалось, интегральная оценка качества воды посредством расчета ИЗВ практически повсеместно используется специалистами в нашей стране при экологических и гидрохимических исследованиях, а ее результаты, как правило, хорошо согласуются с результатами гидробиологических наблюдений.

Таблица 2 – Результаты расчета класса качества воды по пунктам наблюдательной сети

x	Y	КодСтан	ИЗВ	Класс качества
38.12	46.9116667	Фоновый пункт наблюдения на границе района 8	1.87	Умеренно загрязненные (III)
38.045	46.8916667	Фоновый пункт наблюдения на границе района 8	1.77	Умеренно загрязненные (III)
37.84	47.0633333	п.26	1.98	Умеренно загрязненные (III)
37.86	47.0266667	п.27	1.88	Умеренно загрязненные (III)
37.89333	46.9666667	п.28	1.78	Умеренно загрязненные (III)
37.8	46.8916667	Фоновый пукт наблюдения 7 района (п.30)	2.17	Загрязненные (IV)
37.64	46.8666667	Фоновый пукт наблюдения 7 района (п.31)	5.98	Грязные (V)
37.68333	46.8	Фоновый пукт наблюдения 7 района (п.33)	2.18	Загрязненные (IV)
37.34667	46.87	п.1 4-го разреза	2.27	Загрязненные (IV)
37.42	46.835	п.2 4-го разреза	2.40	Загрязненные (IV)
37.46667	46.8133333	п.3 4-го разреза	3.24	Загрязненные (IV)
37.51833	46.79	п.4 4-го разреза	3.88	Загрязненные (IV)
37.55333	46.7733333	п.5 4-го разреза	3.75	Загрязненные (IV)
37.92333	46.9133333	Фоновый пукт наблюдения 7 района (п.29)	2.30	Загрязненные (IV)
38.595	47.0216667	Фоновый пункт наблюдения на границе района 8а	1.83	Умеренно загрязненные (III)
38.15667	47.025	Влияние с. Седово (Украина), 2 км от берега (п.1 разреза Седово-м.Сазальник)	1.93	Умеренно загрязненные (III)
38.21667	46.99	п.2 разреза Седово-м.Сазальник	2.07	Загрязненные (IV)
38.29333	46.9466667	п.3 разреза Седово-м.Сазальник	2.16	Загрязненные (IV)
38.33667	46.9233333	п.4 разреза Седово-м.Сазальник	2.15	Загрязненные (IV)
38.38833	46.8933333	п.5 разреза Седово-м.Сазальник, 5 км от берега	2.39	Загрязненные (IV)
38.24	46.7583333	Влияние г. Ейска, 3 км от берега	2.61	Загрязненные (IV)
38.45417	47.1469444	Устье р. Миус	2.99	Загрязненные (IV)
38.32722	47.135	Устье р. Мокрый Еланчик	2.85	Загрязненные (IV)
38.29389	46.7419444	Ейский лиман (гирло)	2.60	Загрязненные (IV)
38.59194	46.6630556	устье р. Ея	2.30	Загрязненные (IV)
38.27167	46.7280556	Ковш Ейского порта	2.13	Загрязненные (IV)
38.28833	46.7405556	Пляж г. Ейска	2.57	Загрязненные (IV)
38.27694	46.7325	г. Ейск. Рыбный порт	2.17	Загрязненные (IV)
38.22111	46.7188889	Выход керосиновой линзы (середина ГСК "Авиатор")	3.23	Загрязненные (IV)
38.2	46.9333333	Фоновый пункт наблюдения 8 района	2.40	Загрязненные (IV)
38.45	46.9833333	Фоновый пункт наблюдения на границе района 8	2.35	Загрязненные (IV)
39.09528	47.0813889	Поворотный буй АДМК	2.63	Загрязненные (IV)
39.02667	47.14	2 км от подходного канала г. Таганрог	2.56	Загрязненные (IV)
38.97667	47.1766667	Влияние канала порта Таганрог в районе города Таганрога	2.58	Загрязненные (IV)
38.93667	47.1516667	Вблизи свалки морского грунта г. Таганрога	2.84	Загрязненные (IV)
38.68	47.0883333	Влияние рекреационной зоны в районе с. Золотая Коса	1.97	Умеренно загрязненные (III)
38.76667		Греческая банка	1.75	Умеренно загрязненные (III)
38.80028	46.9594444	3 км вглубь моря от Чумбур Косы	1.88	Умеренно загрязненные (III)
39.2175	47.1797222	устье рукава Кутерьма	2.55	Загрязненные (IV)
39.2175	47.2661111	устье р. Мертвый Донец	2.85	Загрязненные (IV)
39.26333	47.1044444	р. Переволока	2.36	Загрязненные (IV)
39.23583	47.0925	р. Песчаный (0 км)	2.67	Загрязненные (IV)
38.81917	47.0691667	Фоновый пукнт наблюдения района 8а	2.21	Загрязненные (IV)
38.94417	47.2594444	Устье р. Валовая балка (пляж Михайловский), г. Таганрог	2.99	Загрязненные (IV)
38.94222	47.2425	В районе влияния шлакоотвала ОАО "Тагмет"	3.44	Загрязненные (IV)
38.94028	47.2394444	Бухта Андреева	3.79	Загрязненные (IV)
38.94361	47.2161111	Пляж Солнечный	2.83	Загрязненные (IV)
38.94361	47.2097222	Яхт - клуб	2.65	Загрязненные (IV)
38.95806	47.2033333	Порт Таганрог	2.68	Загрязненные (IV)
38.92028	47.1988889	Пляж Центральный	3.11	Загрязненные (IV)
38.90194	47.1977778	Пляж Приморский	2.89	Загрязненные (IV)
38.87806	47.1894444	Пляж Петрушино	2.92	Загрязненные (IV)
38.81528	47.1544444	В районе выпуска очистных сооружений, г. Таганрог	1.98	Умеренно загрязненные (III)
38.93611	47.2405556	Сброс в бухту Андреева в районе шламонакопителя	3.83	Загрязненные (IV)
38.82167	47.1544444	500 м от выпуска ОС по ветру	1.96	Умеренно загрязненные (III)
39.20389	47.2786111	устье р. Морской Чулек	3.37	Загрязненные (IV)
38.93694	47.2277778	устье р. Малая Черепаха (влияние сброса кожзавода)	4.64	Загрязненные (IV)
38.93944	47.2494444	устье р. Большая Черепаха	2.79	Загрязненные (IV)
39.0175	47.265	устье р. Самбек	3.24	Загрязненные (IV)
38.85667	46.9266667	р. Сухая Чубурка у с. Маргаритово	2.61	Загрязненные (IV)
38.83417	46.9111111	р. Средняя Чубурка у с. Новомаргаритово	2.48	Загрязненные (IV)
39.3075	47.0730556	р. Кагальник у с. Кагальник	2.99	Загрязненные (IV)
39.31583	47.0577778	р. Кагальник у х. Береговой	2.44	Загрязненные (IV)
38.95722	47.1997222	100 м вглубь залива по подходному каналу Таганрог	2.38	Загрязненные (IV)
38.87639	47.1905556	Ливневые воды в районе пляжа Петрушино	3.12	Загрязненные (IV)
39.02667	47.19	Влияние г. Таганрога, 3 км от берега	2.11	Загрязненные (IV)
38.96667	47.0983333	Поворотный буй подходного канал порта Таганрог	2.40	Загрязненные (IV)
38.71667	47.05	Фоновый пункт наблюдения на границе района 8а	2.24	Загрязненные (IV)