CC BY
88
Н. А. Черников, О. М. Мусаев
ЕДИНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ЧИСТОТЫ ВОДЫ
Предложен единый показатель для обобщенной оценки качества сточных вод и воды водного объекта - индекс чистоты воды (ИЧВ). Показано, что при использовании теоретических основ соответствия объема финансирования водоохранных мероприятий нормативным требованиям к качеству сбрасываемой в водный объект сточной воды применение показателя ИЧВ наиболее целесообразно.
индекс чистоты воды, индекс загрязненности воды, нормативные требования, водоохранные мероприятия, лимитирующий признак вредности.
Введение
В последнее время в России и некоторых других странах сложилась ситуация, когда нормативные требования, предъявляемые к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, не подтверждаются финансовыми затратами на водоохранные мероприятия. Подобная ситуация сложилась отчасти потому, что не существует утвержденной методики определения финансовых затрат в зависимости от качества сточных вод, которые водопользователи сбрасывают в городские сети и в водный объект.
Отсутствие обоснованной методики определения допустимых сбросов загрязняющих веществ в зависимости от их предельно допустимых концентраций (ПДК) часто приводит к парадоксальной ситуации: во многих случаях требования к сточной воде, сбрасываемой водопользователями в городские сети водоотведения, в десятки раз более жесткие, чем к питьевой воде или предельно допустимой концентрации загрязняющих веществ в воде водных объектов (рис. 1) [1, 2, 3, 4]. Введение региональных нормативов, как правило, позволяет частично уменьшить остроту ситуации, но не снимает всех противоречий нормативных требований и технико-эконо-мических возможностей водопользователей.
1 Индекс чистоты воды
Теоретические основы соответствия объема финансирования водоохранных мероприятий нормативным требованиям к качеству сбрасываемой в водный объект сточной воды сводятся к следующему.
Допустим, что для группы водопользователей одного водного бассейна нужно выбрать рациональный способ распределения финансовых средств и при этом получить максимально высокое качество воды водного объекта, которое при определенном фоновом загрязнении зависит от качества сточных вод водопользователей [4]. Таким образом водопользователи стремятся найти максимум качества воды водного объекта U(N), где N -
качество сточных вод водопользователей. Вместе с тем, как правило, водопользователи ограничены в средствах. Они могут потратить часть денег для того, чтобы вложить их в улучшение качества сточных вод одного водопользователя, а другую - в улучшение качества сточных вод другого водопользователя и т. д. Предположим также, что Pi - цена улучшения «единицы качества» сточных вод i-го водопользователя.
(Al3+) (сумма) (сумма) (Cr3+) (Zn2+) (SO42+)
Рис. 1. Допустимая концентрация загрязняющих веществ:
1 - в сточных водах водопользователей Санкт-Петербурга, в собственности или оперативном управлении которых находится жилой фонд; 2 - в питьевой воде;
3 - в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения; 4 - в питьевой воде согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения
2 Формулировка и решение задачи
В общем виде задача, которая стоит перед водопользователями водного бассейна, может быть сформулирована следующим образом:
и{Щ —> max; (1)
ад) < к- (2)
N > о, (3)
где K - финансовые ресурсы водопользователей.
Для того чтобы наглядно представить условие задачи, допустим, что нужно выбрать качество воды водного объекта при двух водопользователях. Обозначим качество сточных вод одного водопользователя как Ni, другого - как N2. За улучшение качества сточных
вод первого водопользователя необходимо платить Р\ (т. е. Pi - цена улучшения «единицы качества» сточных вод первого водопользователя), а за улучшение качества сточных вод второго водопользователя необходимо платить Р2. На рис. 2 представлена графическая интерпретация решения задачи (1) - (3).
Линия функции полезности U(N1, N2) включает все точки N1 и N2, для которых выполняется соотношение U(N1, N2) = const (т. е. для данных точек значение критерия одинаково). Если мы возьмем некую промежуточную точку, например (U(N1,1, N21)), на этой кривой, то значение критерия не изменится, т. е. U(N1^1, N2j1) = U(N1,o, N2,0), это говорит о том, что обеспечение состояния N1,1, N21 обойдется водопользователям дороже.
Изменение величины K приводит к параллельному переносу линии бюджетного ограничения. Изменение соотношения цен изменяет угол наклона линии бюджетного ограничения (рис. 2).
Качество сточных вод 2-го водопользователя
Рис. 2. Графическая интерпретация решения задачи выбора состояния водного объекта:
1 - кривая функции полезности U(N1, N2) = const 1;
2 - новая кривая функции U(N1, N2) = const 2 при возможности увеличения финансирования; 3 - прежняя линия бюджетного ограничения P1N1 + P2N2 = K; 4 - новая линия бюджетного ограничения при сохранении соотношения цен на N1 и N2; 5 - новая линия бюджетного ограничения при изменении соотношения цен на N1 и N2
Эта задача имеет решение только в том случае, если Р\а + Р2Ь < К. Иными словами, в первую очередь необходимо обеспечить качество сточных вод на минимально допустимом уровне, а затем расходовать оставшиеся средства на дополнительное улучшение качества воды. Если показатель K превышает минимально допустимое значение, то оставшаяся часть делится сообразно зависимости U(N\, N2) (1). Если же у водопользователей хватило средств только на обеспечение качества сточных вод на минимально допустимом уровне, т. е. P\a + P2b = = K, им ничего не остается, как выбрать именно данный вариант. Соотношения затрат на обеспечение качества сточных вод водопользователей, определяющие угол наклона прямых 4 и 5, не влияют на этот выбор.
Таким образом, область выбора качества воды водного объекта, которое зависит от качества сточных вод водопользователей, можно разделить на три составляющие (см. рис. 2):
качество сточных вод водопользователей выше предельно
допустимых значений (линий а и b) - область действия рыночных механизмов;
качество сточных вод водопользователей равно предельно
допустимым значениям (линии а и b) - линии административного регулирования;
качество сточных вод водопользователей не может быть обеспечено по тем или иным причинам (например, по условиям финансирования) -область неопределенности.
В этой методике кривая функции полезности не имеет однозначного физического смысла, что мешает ее практическому применению.
Заключение
Авторами данной статьи была проанализирована возможность использования в качестве функции полезности индекса загрязненности воды (ИЗВ), применяемого в настоящее время в России для интегральной оценки качества вод.
ИЗВ определяется для каждого лимитирующего признака вредности (ЛПВ) по формуле
п
изв=£
7=1
Q
ПДК/
где Ci - фактическая концентрация i-го загрязнения, мг/л;
ПДКг- - предельно допустимая концентрация этого же вещества, мг/л; n - количество учитываемых загрязняющих веществ.
В Узбекистане также применяется критерий ИЗВ, предполагающий использование шести гидрохимических показателей, - содержание растворенного кислорода, биологическая потребность в кислороде и четыре загрязняющих вещества, имеющих самые высокие концентрации по отношению к норме. Согласно классификации, принятой в республике,
поверхностные водные объекты делятся на семь классов:
I - очень чистые (ИЗВ 0,3 и менее);
II - чистые (ИЗВ 0,31-1,0);
III - умеренно загрязненные (ИЗВ 1,1-2,5);
IV - загрязненные (ИЗВ 2,51-4,0);
V - грязные (ИЗВ 4,1-6,0);
VI - очень грязные (ИЗВ 6,1-10,0);
VII - чрезвычайно грязные (ИЗВ - более 10,0).
Применять функцию изменения ИЗВ в качестве кривой функции полезности нельзя, так как в соответствии с графиком, приведенным на рис. 2, увеличение значений функции полезности соответствует улучшению качества воды в сточных водах, сбрасываемых в водный объект, и соответственно в водном объекте, а увеличение значений ИЗВ соответствует ухудшению качества воды.
При анализе загрязненности воды водного объекта в зависимости от загрязненности сточных вод, сбрасываемых в этот водный объект, удобнее использовать величину, обратную ИЗВ, а именно индекс чистоты воды (ИЧВ), предложенный авторами, который определяется по формуле
ичв = Х
/■=1
пдк.
Q
В этом случае кривая функции полезности U(N\, N2) (см. рис. 2) приобретает смысл ИЧВ.
В соответствии с зависимостями (1) - (3):
N - ИЧВ на выпусках водопользователей;
Pi - цена увеличения ИЧВ на выпусках.
Таким образом, используя ИЧВ в теории применения рыночных механизмов в области водопользования, можно значительно повысить возможность его практического применения.
Библиографический список
1. Нормативно-правовые документы по взиманию платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации Санкт-Петербурга / С. Гумен. - СПб. : Экология и право, 1997. - 56 с.
2. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест.
Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: утв. и введ. Постановлением
Госкомсанэпиднадзора России 24.10.96 № 26. - М. : Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. - 111 с. - ISBN 5-7508-0064-4.
3. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования: введ. Постановлением гл. гос. сан. врача РФ от 30.04.о3 № 78 с 15.06.03: утв. 27.04.03. - М. : Минздрав РФ, 2003. - 30 с.
4. Проблемы нормирования в области водоотведения : учеб. пособие для слушателей факультета повышения квалификации по специальности «Водоснабжение и водоотведение» / Н. А. Черников. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008. - 44 с.
Статья поступила в редакцию 21.07.2010;
