Курсовая работапо дисциплине«Экологический мониторинг»
Динамика изменения значенийиндекса загрязненности морской воды акватории Северного Каспия с 2001 по 2004год
Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Экологическое состояние Северного Каспия
1.1.1 Географическая характеристика
1.1.2 Водный баланс и уровень моря
1.1.3 Гидрологическая структура и водные массы
1.1.4 Химический состав и степень загрязнения водСеверного Каспия
1.1.5 Характеристика биоты Северного Каспия
1.2 Интегральная и комплексная оценка качестваводы
Глава 2. Материалы и методы
2.1 Характеристика места исследования
2.2 Методика взятия проб
2.3 Методика проведение комплексногоэкологического исследования
Глава 3. Результаты
Заключение
Выводы
Список литературы
Приложения
Введение
Каспийскоеморе — самый крупный в мире внутриконтинентальный водоем, не связанный смировым океаном, площадью более 398000 км3. Расположено оно на крайнемюго-востоке Европейской территории России.
Каспийскоеморе имеет климатообразующее значение и уникально тем, что донесло реликтовуюфлору и фауну, в том числе крупнейшее в мире стадо осетровых рыб (90 % мировогозапаса). В Каспийском море обитает более 500 видов растений и 850 видовживотных. Каспий является главнейшим миграционным путем и местом обитанияводоплавающих и береговых птиц. (Касымов А.Г., 1994). В Каспийском регионенаходятся пять государств: Россия, Азербайджан, Казахстан, Туркменистан, Иран,в прибрежной зоне которых проживает более 5 млн. человек, около 200 крупныхгородов с более чем 220 источниками промышленного загрязнения, число которых скаждым годом растет. Всего за год в водотоки Астраханской области со стокамипромышленных предприятий и коммунального хозяйства сброшено 1616,8 т органическихвеществ, 14,3 т нефтепродуктов, 97128,5 т сухого остатка, 28733,3 т хлоридов,12173 т сульфатов, 611,9 т азота в форме аммиака, 1425,4 т азота в форменитратов, 26,0 т азота в форме нитритов, 24,9 т СПАВ, 55,9 т железа, 15,7 тмарганца, 2,34 т цинка, 1,25 т меди, 0,85 т свинца (www.caspinfo.ru)
Каспийскоеморе подвергается жестоким нагрузкам вследствие промышленного загрязнения,сброса токсичных и радиоактивных отходов, сельскохозяйственных и иных сточныхвод, а также из-за добычи и переработки нефти. Основными источникамизагрязнения Каспийского моря являются речной сток, эксплуатация и разведкаморских нефтепромыслов, предприятия нефтяной и нефтехимической промышленности,транспортировка нефти морским путем, коммунальные стоки городов и сброс вод ссельхозугодий. Ежегодно в Каспийское море сбрасывается примерно 39 км3 сточныхвод, из которых почти 8 км3 загрязнены. В море впадают около 130 рек, хотя 75%притока поступает лишь от одной – Волги (Жильцов, Зонн, Ушков, 2000).Сбрасываемые сточные воды содержат более 1000 химических соединений, включаятоксичные, которые накапливаются в рыбе и кормовых гидробионтах) (Катунин Д.Н.,2000).
Однако, главным загрязнителем, безусловно, является нефть. Каспийское море является первым крупным водоемом в мире, который начал подвергаться масштабному нефтяному загрязнению (Касымов А.Г., 1994). Считается, что источниками углеводородных загрязнений, поступающих в Северный Каспий, являются: транспортировка нефти, естественное просачивание углеводородов, промышленные сбросы и нефтеперерабатывающая индустрия, а также утечки с прибрежных нефтяных разработок.
На практикедля определения уровня загрязнения вод моря используют комплексную оценкукачества вод по индексу загрязненности вод (ИЗВ). ИЗВ – это важный показательэкологического состояния водоема. При достаточном количестве показателей онпозволяет определить класс качества воды, который является интегральнойхарактеристикой загрязненности поверхностных и глубинных вод.
Актуальностьтемы моей курсовой работы связана с тем, что с каждым годом число предприятий, влияющихна экологическое состояние вод Северного Каспия неуклонно растет. Вместе с нимрастет и число загрязняющих веществ, уровень загрязнения с каждым годомменяется. Необходимо отслеживать годовые изменения ИЗВ морской воды СеверногоКаспия, чтобы не допустить критического загрязнения и гибели экосистемы.
В связи с вышеизложенным,целью данной работы являлось изучение состояния вод Северного Каспия на основании изменения значений индекса загрязнённости водоёма морской воды в период с 2001 по 2004 год.
Были выделеныследующие задачи исследования:
1. Определениеуровня загрязнения вод на основании анализа изменения значений ИЗВ морской водыв период с 2001 по 2004 г.
2. выявлениединамики распределения ИЗВ морской воды акватории структуры «КНК» с 2001 по 2004год.
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Экологическоесостояние вод Северного Каспия
1.1.1 Географическая характеристика
Море лежит награнице двух крупных частей единого материка Евразии. Географические координатыкрайних точек современной акватории Каспийского моря (без Кара-Богаз-Гола): насевере — 47° 07' с.ш., на юге — 36° 33' с.ш.; на западе — 46° 43' в.д. и навостоке — 54°03'в.д.
По физико-географическим признакам, характерурельефа и особенностям гидрологического режима Каспийское море делится насеверную, среднюю и южную части. Северным Каспием считается район,расположенный к северу от линии, соединяющей восточную оконечность островаЧечень с мысом Тюб-Караган. Границей между Средним и Южным Каспием является линия,проходящая от Апшеронского полуострова до мыса Куули (Гюль и др., 1971).
Площадь Северного Каспия при уровне моря 28,0метров ниже уровня Мирового океана составляет 91942 км2, объем воды 397 км3. Надолю Северного Каспия приходится более 24,3% площади и 0,5% объема моря. Максимальнаяглубина Северного Каспия равна 25 м, а средняя составляет 4,4 м. Большая частьего площади (68%) занята глубинами менее 5 м. В западной части Северного Каспияобласти глубин 0-6 м занимают меньшую площадь, чем в восточной (Каспийскоеморе, 1986).
Северный Каспий по географическому расположению,морфологии и конфигурации дна, климатическим условиям, водному балансу и другимособенностям резко отличается от других частей моря.
Севернаячасть моря отличается мелководностью, которая ярко выражена в прибрежныхрайонах. Область малых глубин занимает большую прибрежную зону, распространяясьв море на расстояние от 11 до 55 км2 (Гюль и др., 1971). Рельеф СеверногоКаспия неоднороден.
Донные осадкиСеверного Каспия по своему происхождению делятся на терригенные, биогенные ихемогенные. Каждому типу осадков свойственны определенные особенностираспространения. Терригенные осадки приурочены к дельтам рек (к зонам транзитаречных вод). С увеличением глубины доля биогенных осадков повышается. Ввосточной части Северного Каспия весьма заметен вклад хемогенных осадков(Салманов М.А., 1999). Особенностью Северного Каспия является широкоераспространение наилка, имеющего в основном биогенноепроисхождение ииграющего важную роль в трофодинамике водоема.
КлиматСеверного Каспия – континентальный, который объясняется расположением моря вцентре Евразийского континента, а его северной части — в степной и пустыннойзонах. Однако в последние годы климат Северного Каспия стал более мягким, резкоуменьшилась повторяемость суровых зим.
Мелководность Северного Каспия только увеличиваетконтинентальность климата и зависимость гидрологических условий от ходаметеорологических процессов. Средняя годовая температура воды северной частиКаспийского моря составляет 11-13°. Низкие пологие берега северной части моряне препятствуют притоку континентальных воздушных масс, которые свободнопроникают на акваторию моря (Касымов А.Г., 1994 ).
1.1.2 Водный баланс иуровень моря
На многолетние колебания уровня моря оказываютвлияние многие факторы, основные из которых климатические изменения,тектонические процессы и хозяйственная деятельность человека. Вклад этихфакторов в многолетние колебания уровня не одинаков. Как показали исследования,климат — это основной фактор, определяющий вековые и межгодовые изменения уровняморя.
За исторический период уровень моря претерпевалзначительные колебания (Крицкий С.К., 1975), продолжающиеся и в настоящеевремя. В начале XX в. уровень был относительно стабилен. Затем с 1929 по 1941 гг.произошло его резкое понижение на 1,9 м. В 1956-1970 гг. положение уровнянесколько стабилизировалось, но с 1971 г. уровень снова стал понижаться и в1977 г. достиг самой низкой отметки за текущее столетие — 29,0 м. С 1978 г.уровень начал повышаться. В настоящее время среднегодовой уровень Каспийскогоморя составляет -27,0 м (www.caspinfo.ru).
Основной приходной статьей водного балансаявляется речной сток, а расходной — испарение с водной поверхности моря. Приходи расход воды может быть оценен в км3 или см уровня моря. Приток речных вод всреднем обеспечивает приращение уровня моря на 77, см. Роль атмосферных осадковменее существенна. Приращение уровня моря в результате их выпадения на воднуюповерхность составляет около 20 см. Наиболее мощным фактором водного балансаявляется испарение, за счет которого расход воды с поверхности моря составляетсреднем 97 см в год. В годовом ходе низший среднемесячный уровень наблюдается взимний период (январь-февраль), затем идет его подъем с наибольшейинтенсивностью в мае-июне. Наивысший уровень обычно отмечается в июле, потомидет спад, наиболее интенсивный в августе-сентябре. Среднемноголетний размахсезонных изменений уровня моря (разность наибольшего и наименьшегосреднемесячных уровней в году) за 1900-1990 гг. составил в среднем по морюоколо 30-35 см.
Динамика вод Северного Каспия в основном зависитот ветра, только мелководной зоне устьевого взморья Волги сильны стоковыетечения. Согласно многолетним данным (Мадат-заде, 1959; Гюль и др., 1971) втечение года над Северным Каспием преобладают ветра восточных румбов (СВ, В,ЮВ), наибольшая повторяемость которых наблюдается весной и осенью. Летом изимой увеличивается повторяемость западных и северо-западных ветров, но приэтом она все равно не превышает повторяемости восточных ветров (Гидрометеорологическиеусловия, 1986).
1.1.3 Гидрологическаяструктура и водные массы
В Северном Каспии действуют два основные видатечений: стоковые и ветровые. Постоянно действующие по направлению стоковыетечения заметны до районов с глубинами 6-8 м лишь в период устойчивого штиля. Взападной части моря стоковый поток имеет генеральное направление на юг, в восточнойчасти — на юго-восток. Средние скорости его составляют 2-5 см/с и действуюттолько в поверхностном слое толщиной не более 3-4 м.
При слабых неустойчивых (во времени по скорости инаправлению) ветрах течение обычно несильное (не более 5-8 см/с), неустойчивоеи практически может иметь любое направление. Сток реки Волги в северной частиморя делится на две ветви. Меньшая идет вдоль северного берега на восток,сливается с водами реки Урал и образует замкнутый круговорот; большая проходитвдоль западного побережья на юг, севернее Апшеронского полуострова, пересекаяморя, уходит к восточным берегам и вливается в воды, движущиеся на север. Такимобразом, в Северном Каспии формируются воды, движущиеся против часовой стрелки(Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важнейшейгидрологической характеристикой Северного Каспия является соленость воды, отличающаяшироким размахом пространственно-временной изменчивости. Это обусловлено тем,что поверхностный сток формируется тремя реками — Волгой, Уралом и Тереком.Главную роль в водном питании (а также в поступлении биогенных и органическихвеществ) играет р. Волга. Влияние Урала и Терека носит локальный характер.
Северному Каспию свойственна высокаянеоднородность морской среды, обусловленная взаимодействием речных и морскихвод. Наиболее резкое изменение солености происходит в результате опресненияволжскими водами (Архипова и др., 1972). В пределах северо-каспийской водноймассы выделено несколько типов вод (Косарев, 1975): опресненные соленостьюменее 6-7%о; промежуточные или смешения соленостью 7-9‰; солоноватые соленостью9-11 ‰. Однако границы между ними не имеют четкой локализации в пространстве(КатунинД.Н., ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К., 1998). Это связано с тем, что нараспределение солености влияет условия, которым свойственна высокая степеньизменчивости: речной сток, размах межгодовых колебаний которого равен егосреднемноголетнему значению; динамика вод, особенно, водообмен между восточнойи западной частями Северного Каспия, а также между ним и Средним Каспием;испарение, формирующее отрицательный пресный баланс в восточной части моря ит.д. (Каспийское море: гидрология и гидрохимия, 1986). С учетом этих обстоятельствД.Н. Катуниным было выделено в Северном Каспии три зоны (КатунинД.Н.,ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К.,1998):
— зона, где происходит устойчивая адвекция речныхвод;
— зона, гдевоздействие речного стока велико, максимум опреснения в июне — августе;
— зона, где влияние речных вод нивелируетсявоздействием ветровых течений.
Годовой максимум солености в западной частиСеверного Каспия имеет два максимума (зимний и летний) и два минимума (летний иосенний). Повышение солености в зимние месяцы связано с уменьшением расходовводы в зимнюю межень. Летний максимум, который, как правило, наблюдается вавгусте, обусловлен уменьшением водности в летнюю межень, усилениемкомпенсационного подтока вод из Среднего Каспия и увеличением испарения.Минимум годового хода солености в июне-июле объясняется прохождениеммаксимальных расходов р. Волги. Второй минимум солености (осенний) вызываетсяпреобладанием в это время северо-западных сгонных ветров (Каспий, 1986).
каспий акватория загрязнение
1.1.4 Химический состав истепень загрязнения морской воды
Химический состав морской воды Северного Каспияотличается 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 ихтрансформации в зоне смешения речных и морских вод. Волга является такжесущественным источником загрязнения каспийских вод. Основной вклад взагрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем теченииреки.
Для обитателей моря особое значение имеютхимические элементы, входящие в состав «живого вещества» (кислород, углерод,азот, фосфор, кремния), минеральные и органические соединения которыхприсутствуют в воде в растворенном и взвешенном виде. Процессы обмена этимиэлементами между водой и «живым веществом» в Северном Каспии протекаютинтенсивно. Из морской воды обитатели моря потребляют растворенные вещества, необходимыедля роста и развития, в нее в конечном счете в растворенном виде возвращаютсяпродукты их жизнедеятельности.
В силу вышеизложенного гидрохимические параметры,характеризующие обменные процессы между водой и «живым веществом», например,содержание и отношение азота, фосфора и кремния (Сапожников В.В. и др., 2001)или разность между растворимостью и содержанием кислорода в воде (Бутаев А.М. идр., 1999) могут использоваться в качестве показателей функциональногосостояния биологических сообществ, биологической продуктивности морских вод(Курапов А.А., Еремеева С.В., Мельников С.А., 1999).
Распределениекислорода в Северном Каспии неравномерно, но в среднем его содержание несколькопревышает 90% насыщения. Причем максимальный уровень кислорода отмечаетсязимой. Благодаря повышению плотности вод Северного Каспия происходитинтенсивное перемешивание вод, в результате чего улучшается вентиляцияглубинных слоев и происходит насыщение их кислородом (Салманов М.А., 1999).
Особенностью распределения кислорода в СеверномКаспии в летнее время является формирование площадей с его дефицитом (гипоксия)в придонном слое западной части Северного Каспия в пограничном районе соСредним Каспием (Каспийское море, 1986). С возросшим в 1990-е годы поступлениеморганического вещества из дельты Волги в Северный Каспий связывается ежегодноевозникновение летом обширных зон гипоксии (Бухарицин П.П., 1996). В настоящеевремя можно говорить о начальной стадии эвтрофикации вод западной частиСеверного Каспия, где зоны с недостатком кислорода составляют до 50% площадиакватории (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важным фактором, влияющим на формированиехимического состава вод Северного Каспия, являются течения. Перенос вещества вСеверном Каспии существенно связан с протекающими в нем биологическимипроцессами. Во-первых, течения переносят основную массу гидробионтов.Во-вторых, в зависимости от направления течений, могут по-разномуперераспределяться биогенные вещества и продукты жизнедеятельности водных организмов.В-третьих, течения обуславливают распространение загрязняющих веществ,попадающих в Северный Каспий и другие районы моря со стоками рек. Наконец,в-четвертых, с изменением направления течений могут меняться физико-химическиеусловия обитания водных организмов, в первую очередь соленость воды, а так жетемпература и кислородный режим (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Фоновые уровни содержания нефтяных углеводородовв морской воде изменяются в очень широких пределах в зависимости от многихприродных и техногенных факторов. Максимальные концентрации тяготеют кприбрежным и внутренним морским водам, зонам интенсивного судоходства и инойхозяйственной деятельности (Попова Н.В., Андреев В.В., 2003), а также к районамвыхода (просачивания) углеводородов из месторождений на шельфе (Патин С.А.,2001). С развитием нефтяного промысла увеличилось загрязнение Каспия нефтью инефтепродуктами.
До конца 1960-х годов отсутствовал запрет насброс нефтепродуктов море. Нефть попадала в море из переполненныхнефтехранилищ, созданных на искусственных островах, негерметичныхтрубопроводов, проложенных по дну моря от эстакад, при ее перевозке иперегрузке на берег танкерами. Вообще, морской флот, в том числе танкерный сталв шестидесятые годы основным источником нефтяного загрязнения Каспия. Так, сбалластными и подсланевыми водами в 1969 г. в море было сброшено 54 тыс. т нефти(Салманов М.А., 1999). В связи с этим следует отметить, что транспортировканефти, будучи обязательным атрибутом нефтегазодобывающей деятельности на шельфеМирового океана, одновременно является одним из основных источников егонефтяного загрязнения (Герлах С.А., 1985), причем наиболее крупные аварийныеразливы нефти связаны именно с ее перевозкой, а не с добычей или переработкой.
Благодарязапрету на сброс балластных и неочищенных сточных вод уровень нефтяногозагрязнения Каспия начал уменьшаться. В этих условиях основным источникомпоступления нефтепродуктов в: Каспийское море, так же как в Мировой океан(Герлах С.А., 1985) и другие моря России (Шапоренко С.И., 1997), сталповерхностный сток. Так, в вершине дельты Волги в период с 1977 по 1993 гг. годовойсток нефтяных углеводородов в среднем составил 71,6 тыс. т.
Сравнительная оценка результатов исследований2002 и 2003 гг. выявила снижение степеней превышения ПДК для ртути и фенолов иувеличение их для БПК5, нефтяных углеводородов (НУ) и хлорорганическихсоединений (ХОС). Уровни содержания железа не изменились.
Рассчитанный по результатам исследований2002-2003 гг. коэффициент комплексности загрязненности водного объекта дляакватории Северного Каспия составил 17%, что указывает на участие антропогеннойсоставляющей в формировании химического состава поверхностных вод районанаблюдений. При этом под коэффициентом комплексности загрязнения понимаетсяотношение числа загрязняющих веществ, содержание которых превышаетфункционирующие в стране нормативы, к общему числу нормируемых ингредиентов,определенных программой исследования.
1.1.5Характеристика биоты Каспийского моря
Фитопланктон является неотъемлемой составнойчастью экосистемы моря и служит основным источником первичной продукции, за счеткоторого существуют вышестоящие по трофической пирамиде организмы — консументы.Фитопланктон — индикатор изменяющихся условий среды, и динамика его в каждомводоеме специфична.
Характерная особенность фитопланктона севернойчасти Каспийского моря по результатам наших исследований — богатствопресноводными и бедность морскими видами. Среди пресноводных; водорослейвстречаются представители всех групп фитопланктон, кроме пирофитовых. Основнаядоля (48%) в этом комплексе приходилась на зеленые водоросли. Солоноватоводно-пресноводнымвидам по значимости в общем составе фитопланктона принадлежало второе место.Основу группы составляют диатомовые (54%) и сине-зеленые (35%) водоросли.Морские виды в общем количестве водорослей составляли всего 12-14%. Ведущая рольв водоеме принадлежала диатомовым водорослям. Они самые богатые по числу видов,широко распространены по акватории моря и представлены во всех экологическихгруппах
Видовой состав зоопланктона Каспия небогат инасчитывает около 120 видов, не считая временных форм — личинок бентосныхорганизмов, Сезонные изменения зоопланктона Северного Каспия определяются двумяосновными факторами — температурой и соленостью. По данным, полученным в 2002г., зоопланктон на исследуемой акватории Северного Каспия насчитывал 10 видов, разновидностейи форм, а в 2003 г. -14 видов. Кроме истинно планктонных форм, в толще водыприсутствовали олигохеты, нематоды, личинки полихеты, нереиса и краба. Основузоопланктона составляли коловратки и веслоногие рачки.
Для фауны Каспийского моря в целом и для доннойфауны в частности характерен высокий процент эндемичных видов и родов (41 %) восновном среди ракообразных и моллюсков, что свидетельствует о древности фауныэтого водоема.
Качественный состав зообентоса на акваторииСеверного Каспия по результатам наших исследований в 2002 г. включал 13 и в2003 г. -40 видов игрупп донных организмов. Среди них большую частьвидов составляли ракообразные.
Ихтиофауна Каспийского моря не отличается видовымразнообразием и по числу видов значительно уступает другим южно-европейскимморям. В составе ихтиофауны Каспийского моря насчитывается 124 вида и подвидарыб, относящихся к 17-ти семействам. Преобладают морские (43,5%) и речные(34,4%) рыбы, проходные и полупроходные составляют соответственно 14,7% и 7,4%.Наиболее ценными промысловыми рыбами являются реликтовые осетровые (осетр,севрюга, белуга), запасы которых в Каспийском море до последнего временисоставляли 70-75% от общемировых. Со второй половины XX столетия, с началомширокого гидротехнического строительства на реках Каспийского бассейна,жизненный цикл осетровых был нарушен, что привело в совокупности с другиминегативными антропогенными и естественными факторами к катастрофическомусостоянию популяций осетровых рыб. Основные районы нагула осетровых расположеныпо всей акватории Северного Каспия и вдоль западного побережья Среднего Каспияи находятся под влиянием пресного биогенного стока Волги и рек дагестанскогопобережья.
При распределении полупроходных рыб по местамнагула в море лимитирующим фактором является соленость.
Морские промысловые рыбы Каспийского моряпредставлены тремя видами килек, несколькими видами сельдей и двумя видамикефали. Снижение уловов килек в последние годы связывают с массовым развитиемвселенца — гребневика мнемиопсиса, который питается преимущественно планктоном,подрывая тем самым кормовую базу килек.
1.2Интегральная и комплексная оценка качества воды
Каждый из показателей качества воды вотдельности, хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить меройкачества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей, хотяиногда косвенно бывает связан с некоторыми из них. Например, увеличенное, посравнению с нормой, значение БПК5, косвенно свидетельствует о повышенном содержаниив воде легкоокисляющихся органических веществ; увеличенное значениеэлектропроводности — 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, покоторым зафиксировано неблагополучие).
В простейшем случае, при наличии результатов понескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенныхконцентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК(правило суммацпи). Критерием качества воды при использовании правила суммацпиявляется выполнение неравенства:
n
∑ СФi/ПДКi ≤ 1
i=1
где: СФi и ПДКi — фактическая концентрация в воде и ПДК для i-ro компонента.
Следуетотметить, что сумма приведенных концентраций согласно ГОСТ 2874 можетрассчитываться только для химических веществ с одинаковым лимитирующимпоказателем вредности — органолептическим и санитарно-токсикологическим.
При наличии результатов анализов no достаточному количествупоказателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральнойхарактеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяютсяпо индексу загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как суммаприведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды поформуле:
/>, где:
Ci — среднее значение определяемого показателя запериод наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение загод):
ПДКi — предельно-допустимая концентрация для данногозагрязняющего вещества:
6 — число показателей, берущихся для расчета (наих выборе мы остановимся в этой же главе чуть ниже).
Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пунктаотбора проб (створа). Далее по табл. 1 в зависимости от значения ИЗВ определяюткласс качества воды.
В число 6 основных, так называемых«лимитируемых» показателей при расчете ИЗВ входят, в обязательномпорядке, концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значенияеще 4 показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболеенеблагополучными, 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 инеорганических аммонийных соединений), тяжелых металлов — меди, марганца,кадмия и др., фенолов, пестицидов, нефтепродуктов, СПАВ (синтетическиеповерхностно-активных вещества.
Таблица 1
Характеристикиинтегральной оценки качества водыИЗВ 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 независимоот лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенныхконцентраций предпочтение отдается веществам, имеющимсанитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие веществаобладают относительно большей вредностью).
Очевидно, не все из перечисленных показателейкачества воды могут быть определены полевыми методами. Задачи интегральнойоценки осложняются еще и тем обстоятельством, что для получения данных прирасчете ИЗВ необходимо проводить анализ по широкому кругу показателей, свыделением из их числа тех, по которым наблюдаются наибольшие приведенныеконцентрации. При невозможности проведения гидрохимического обследованияводоема по всем интересующим показателям целесообразно определить, какие жекомпоненты могут быть загрязнителями. Это делают на основе анализа доступныхрезультатов гидрохимических исследований прошлых лет, а также сведений ипредположений о вероятных источниках загрязнений воды. При невозможностивыполнения анализов по данному компоненту полевыми методами (СПАВ, пестициды,нефтепродукты и др.), следует произвести отбор проб и их консервацию ссоблюдением необходимых условий, после чего доставить пробы в требуемые срокидля анализа в лабораторию.
Таким образом, задачи интегральной оценкикачества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга,т.к. для окончательного вывода о классе качества воды необходимы результатыанализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.
К недостаткам приведенного способа интегральнойопенки качества воды, несмотря на его широкое распространение на практике,можно отнести следующее.
Во-первых; учет изолированного действия отдельныххимических веществ или их групп недостаточен для оценки фактическойэкологической ситуации в водоеме либо чистоты питьевой воды.
Во-вторых, многие загрязняющие вещества, невошедшие в группу из 6 лимитированных показателей, выпадают из вниманияисследователей. В их числе могут быть и те показатели, по которым имеетсяпревышение ПДК, а также и те, по которым ПДК не превышены.
В-третьих, в результате взаимодействия многиххимических компонентов в воде, даже при их малых концентрациях, могутобразовываться соединения, значительно более токсичные, чем исходные. Крометого, совместное присутствие в воде некоторых токсичных веществ, приводит кувеличению их токсичности (явление синергизма).
В-четвертых, (и это может быть самым существеннымнедостатком приведенного метода интегральной оценки качества воды) определениеИЗВ предполагает контроль только по гидрохимическим показателям, при этом изполя зрения исследователей ускользают микробиологические показатели, которыеимеют часто решающее значение при оценке пригодности воды для нужд пищевого ибытового использования.
Указанные недостатки интегральной оценки качестваводы сводятся к минимуму при включении в «арсенал» методовмониторинга гидробиологических методов, например, метода биоиндикации поВудвиссу, методов биотестирования. Вместе с тем, как уже отмечалось,интегральная оценка качества воды посредством расчета ИЗВ практическиповсеместно используется специалистами в нашей стране при экологических игидрохимических исследованиях, а ее результаты, как правило, хорошо согласуютсяс результатами гидробиологических наблюдений.
Интересным является подход к оценке качества водыразработанный в США. Национальный Санитарный Фонд этой страны в 1970 г.разработал стандартный обобщенный показатель качества воды (ПКВ), получившийширокое распространение в Америке и некоторых других странах [11]. Приразработке ПКВ использовались экспертные оценки на основе большого опыта оценкикачества воды при ее использовании для целей бытового и промышленного водопотребления,отдыха на воде (плавания и водных развлечений, рыбалки), охраны водных животныхи рыб, сельскохозяйственного использования (водопоя, орошения), коммерческогоиспользования (судоходства, гидроэнергетики, теплоэнергетики) и др. ПКВявляется безразмерной величиной, которая может принимать значения от 0 до 100.В зависимости от значения ПВК возможны следующие оценки качества воды: 100-90 —превосходное; 90-70 — хорошее; 70-50 — посредственное; 50-25 — плохое; 25-0 —очень плохое. Установлено, что минимальное значение ПКВ, при которомудовлетворяется большинство государственных стандартов качества воды, составляет50-58. Однако вода в водоеме может иметь значение ПКВ больше указанного, и в тоже время не соответствовать стандартам по каким-либо отдельным показателям.
ПКВ рассчитывается по результатам определения 9важнейших характеристик воды — частных показателей, причем каждый из них имеетсобственный весовой коэффициент, характеризующий приоритетность данногопоказателя в оценке качества воды. Частные показатели качества воды,используемые при расчете ПКВ, и их весовые коэффициенты приведены в табл. 2.
Как следует из приведенных в табл. 2 данных,наиболее весомыми показателями являются растворенный кислород и количествокишечных палочек, что вполне понятно, если вспомнить важнейшую экологическуюроль растворенного в воде кислорода и опасность для человека, обусловленнуюконтактом с загрязненной фекалиями водой.
Таблица 2
Весовые коэффициенты показателей при расчете ПКВпо данным Национального Санитарного Фонда СШАНаименование показателя Значение весового коэффициента Растворенный кислород 0,17 Количество кишечных палочек 0,16 Водородный показатель (рН) 0,11 Биохимическое потребление кислорода (БПК5) 0,11 Температура (At, тепловое загрязнение) 0,1 Общий фосфор 0,1 Нитраты 0,1 Мутность 0,08 Сухой остаток 0,07 Сумма 1
Кроме весовых коэффициентов, имеющих постоянноезначение, для каждого отдельного показателя разработаны весовые кривые,характеризующие уровень качества воды (Q) по каждому показателю взависимости от его фактического значения, определяемого при анализе.
Имея результаты анализов по частным показателям,по весовым кривым определяют численные значения оценки для каждого из них.Последние умножаются на соответствующий весовой коэффициент, и получают оценкукачества по каждому из показателей. Суммируя оценки по всем определеннымпоказателям, получают значение обобщенного ПКВ.
Обобщенный ПКВ в значительной степени устраняетнедостатки интегральной оценки качества воды с расчетом ИЗВ, т.к. содержитгруппу конкретных приоритетных показателей, в число которых входит показательмикробного загрязнения.
При оценке качества воды, кроме интегральнойоценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а такжегидробиологической оценки методами биоиндикации, в результате которойустанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемаякомплексная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. Последниеотносятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяютопределить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам— как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим — рыбам (гуппиям). Такаяреакция иногда является наиболее показательной, особенно — применительно коценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и позволяет определятьдаже количественно концентрации отдельных соединений.
Обычно прибиотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимостипоказателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либоповеденческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (CuSO4). Токсическиеэффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациямтяжелых металлов.