Критерии экологической оценки состояния водных объектов горнопромышленных районов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

В.Ф. Торосян, Е.С. Торосян, 2012

В.Ф. Торосян, Е.С. Торосян

КРИТЕРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНОВ

Проанализированы количественные (ресурсные) и качественные аспекты, определяющие проблему состояния поверхностных вод горнопромышленных районов. Ключевые слова: водные ресурсы, количественная оценка, степень загрязненности, гидрологические особенности, ресурсные критерии оценки, единовременный отбор, эколого-санитарная классификация, максимальное значение концентрации примеси (мг/дм, мкг/ дм3, доли ПДК), повторяемость случаев загрязненности (по отдельным показателям,%), удельный комбинатор-ный индекс загрязненности воды, гидрологические и гидрохимические характеристики.

ГЧричины экологических проблем главной водной арте-П I рии Кузбасса — реки Томь, известны со времен начала индустриального освоения Кузнецкого края. Интенсивное использование природных ресурсов, создание крупной металлургической и топливно-энергетической базы, развитие «большой химии», рост городов — все это способствовало ухудшению её экологического состояния. А между тем роль Томи в жизни Обь-Иртышского водного бассейна и его множественных обитателей исключительна. Каждую секунду около 1200 кубических метров воды реки Томь поступают в Обь и, если загрязнена Томь — страдает Обь.

Проблема состояния поверхностных вод горнопромышленных районов имеет два аспекта — количественный (ресурсный) и качественный. В целом оценка качества поверхностных вод (прежде всего степени их загрязненности) разработана относительно хорошо и базируется на весьма представительном пакете нормативных и директивных документов, использующих прямые гидрохимические и гидрологические методы и критерии оценки.

Оценка количественных аспектов водных ресурсов горнопромышленных районов ( в том числе их загрязнения) преследует две цели:

— оценку возможности водных ресурсов для удовлетворения потребностей планируемой деятельности;

— оценку последствия возможного изъятия части водных ресурсов и загрязнения оставшихся ресурсов для других предприятий и жизнедеятельности населения.

Для таких оценок необходимо исходить из знания гидрологических особенностей и закономерностей режима водных объектов, являющихся источниками водоснабжения, а также существующих уровней водопотребления и объемов водных водных ресурсов, требуемых для реализации проекта. Что является оценкой прямого воздействия планируемой деятельности на количество водных ресурсов.

Большое значение имеют также косвенные воздействия, к которым относятся: нарушения русла рек, изменение поверхности водосбора, подпруживание (подтопление) при строительстве или понижение уровня грунтовых вод и др.

Ресурсные критерии оценки. Для поверхностных вод горнопромышленных районов в качестве оценки их ресурсов рекомендуются два наиболее емких показателя: величина поверхностного (речного) стока или изменение его режима применительно к определенному бассейну и величина объема единовременного отбора воды (табл. 1).

Качественные критерии оценки. В связи со сложностью и разнообразием химического состава природных вод, а также возрастающим количеством загрязняющих веществ (для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения более 1625 вредных веществ, для водоемов рыбохозяйственного назначения — более 1050) разработаны методы комплексной оценки загрязненности поверхностных вод, которые разделяются на две группы.

К первой относятся методы, позволяющие оценить качество воды по совокупности гидрохимических, гидрофизических, гидробиологических и микробиологических показателей (табл. 2)

Вода с различной степенью загрязнения разделяется на классы. Однако одно и тоже состояние воды по разным показателям может быть отнесено к различным классам качества, что является недостатком данных методов.

Таблица 1

Ресурсные критерии оценки состояния поверхностных вод

Классы состояния поверхностных вод

Оценочные показатели Норма Риск Кризис Бедствие

(Н) (Р) (К) (Б)

Изменение речного стока, Не менее 15-20 50-70 Более 75

% от первоначального 15

Объем возможного едино- Не менее 1-5 Менее Отсутствует

временного водоотбора, 5 1

м3/с

Таблица 2

Эколого-санитарная классификация качества поверхностных вод

Наименование по- Предельно- Чистая Удовлетвори- Загряз- Грязная

казателя чистая тельной ненная

чистоты

Гидрофизичес

кие

Взвешенные ве- Менее 5 5-14 15-30 31-100 Более 100

щества,мг/л

Прозрачность Более 3 3,0-0,55 0,50-0,35 0,30- Менее

(по диску Секи), м 0,15 0,15

Гидрохимические

NH4+ мгМл Менее 0,05 0,05-0,20 0,21-0,50 0,51- Более2,5

2,5

N02" мгМл Менее 0,007 0,007- 0,026-0,08 0,081- Более0,15

0,0025 0,15

N03" мгМл Менее 0,05 0,05-0,15 0,51-1,5 1,51- Более 2,5

2,5

Р04-3 мгР/л Менее 0,005 0,005- 0,31-0,10 0,11- Более0,30

0,03 0,30

Вторую группу составляют методы, основанные на использовании обобщенных числовых характеристик качества воды, определяемых по ряду основных показателей и видам

ее использования. Такими характеристиками являются индексы качества воды, коэффициенты ее загрязненности.

Для оценки уровня загрязнения поверхностных вод суши используются следующие статистические характеристики и показатели загрязнения [1]:

— максимальное значение концентрации примеси (мг/дм3, мкг/ дм3, доли ПДК);

— среднее значение концентрации примеси (мг/дм3, мкг/ дм3, доли ПДК);

— повторяемость случаев загрязненности по отдельным показателям,%;

— удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ), безразмерный (табл. 3).

Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды вносят критические показатели загрязнения (КПЗ), на которые необходимо обратить внимание при планировании и осуществлении водоохранных мероприятий.

Для получения сопоставимых данных общее количество веществ, выбранных для комплексной оценки воды, составляет не более 16 ингредиентов и показателей качества воды:

— обязательных для рек при расчете комплексных оценок (12-15 показателей)- растворенный кислород, медь, марганец, железо, цинк, нитраты, ионы аммония, никель, хлориды, сульфаты, фенолы;

— специфических загрязняющих веществ, характерных для определенных водных объектов или отдельных створов.

Например, для Кемеровской обл. к специфическим загрязняющим веществам относятся: фосфаты, шестивалентный хром, железо, марганец, фториды, формальдегид, фенол, свинец и др.

Если количество общих и специфических показателей качества воды превышает 16, из перечня исключают вещества, значения которых не превышает ПДК (например, нитраты, хлориды).

Помимо вышеуказанных важное место среди критериев экологической оценки состояния водных объектов горнопромышленных районов занимают индикационные критерии оценки. В последние годы биоиндикация (наряду с традиционными химическими и физико-химическими методами) получила достаточно широкое распространение при оценке ка-

чества поверхностных вод. Она по функциональному состоянию (поведению) тест-объектов (ракообразные — дафнии, водоросли — хлорелла, рыбы — гуппи) позволяет ранжировать воды по классам состояний (норма, риск, кризис, бедствие) и, по существу, дает интегральную оценку их качества, а также определяет возможность использования воды для питьевых и других связанных с биотой целей.

8 Таблица 3

Классификация качества воды водных объектов по значению удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (с учетом КПЗ)

Класс и разряд Характеристика состояния загрязненности Значение удельного комбинированного индекса загрязненности воды

Без учета числа КПЗ В зависимости от числа КПЗ

КПЗ=1 КПЗ=2 КПЗ=3 КПЗ=4 КПЗ=5

1 класс Условно чистая 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

2 класс Слабо загрязненная 1;2 0,9;1,8 0,8;1,6 0,7;1,4 0,6;1,2 0,5;1,0

3 класс Загрязненная 2;4 1,8;3,6 1,6;3,2 1,4;2,8 1,2;2,4 1,0;2,0

РазрядА Загрязненная 2;3 1,8;2,7 1,6;2,4 1,4;2,1 1,2;1,8 1,0;1,5

РазрядБ Очень загрязненная 3;4 2,7;3,6 2,4;3,2 2,1;2,8 1,8;2,4 1,5;2,0

4 класс грязная 4;11 3,6;9,9 3,2;8,8 2,8;7,7 2,4;6,6 2,0;5,5

РазрядА Грязная 4;6 3,6;5,4 3,2;4,8 2,8;4,2 2,4;3,6 2,0;3,0

РазрядБ Грязная 6;8 5,4;7,2 4.8;6,4 4,2;5,6 3,6;4,8 3,0;4,0

РазрядВ Очень Грязная 8;10 7,2;9,0 6,4;8,0 5,6;7,0 4,8;6,0 4,0;5,0

РазрядБ Очень Грязная 11 9,0;9,9 8,0;8,8 7,0;7,7 6,0;6,6 5,0;5,5

5 класс Экстремально грязная 11;® 9,9; ® 8,8;® 7,7;® 6,6;® 5,5®

Таблица 4

Биотесты для определения качества воды

Оценочные показа- Классы состояния поверхностных вод

тели (тест-объекты) Норма (Н) Риск (Р) Кризис (К) Бедствие (Б)

Ракообразные Менее 10 20 40 Более 60

(дафнии)

Водоросли Менее 10 20 40 Более 60

(хлорелла)

Рыбы (гуппи)

Примечение. Н — нормальная степень загрязнения; Р — малая степень

превышения нормы загрязнения; К — средняя степень превышения нормы загрязнения; Б — катастрофически высокая степень загрязнения.

Лимитирующим фактором использования метода биотестирования является длительность анализа (не менее 4 суток) и отсутствие информации о химическом составе воды.

Пример использования биотестов для определения качества воды приведен в табл. 4 (данные Ю.Я. Кислякова) [2].

Численные значения, приведенные в таблице, означают:

• для дафний % гибели в течение 96 часов экспозиции в тестируемой воде;

• для хлореллы % уменьшения числа клеток в тестируемой воде по сравнению с контрольной;

• для гуппи % гибели в течение 96 часов экспозиции в тестируемой воде.

Для оценки существующего состояния гидросферы района размещения объекта ГМК (горно-металлургического комплекса) должны быть определены гидрологические и гидрохимические характеристики рек и водоемов, используемых для водоснабжения (водоотведения), гидрогеологические параметры подземных вод района и режим водопользования территории.

При отборе воды из поверхностных водных источников или сбросе в них сточных вод необходимо:

• привести наименование источника водоснабжения и приемника сточных вод;

• указать категорию водопользования (хозяйственно-питьевая, техническое водоснабжение, культурно-бытовая);

• дать характеристику водного объекта по совокупности его количественных и качественных показателей применительно к видам водопользования.

Характеристика проводится для водных объектов, используемых:

• для хозяйственно-питьевого водоснабжения по ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора» и ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества»;

• для культурно-бытовых целей по ГОСТ 17.1.5.02-80 «Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов»;

• для рыбохозяйственных целей по ГОСТ 17.1.2.04-77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов».

Гидрологические характеристики поверхностных водных источников должны отражать:

• расходы расчетной обеспеченности рек, используемых для водоснабжения и водоотведения;

• тип регулирования, полный и полезный объем, отметку НПУ и УМО для водохранилищ, прудов и озер;

• среднемноголетний расход в створах плотин для водохранилищ и прудов;

• условия ледосостава водных объектов (время ледостава и освобождения от льда, мощность льда к концу зимнего периода).

Рис.1 Содержание РО] мгР/л, в воде р. Томь в районе г. Юрги (2001 г., 2006 г., 2010 г)

Рис. 2. Показатель БПК воды р. Томь в районе г. Юрги (2001 г., 2006 г, 2010 г)

□ БПК

□ Нефтепродуккты

□ Цинк

□ Хром

□ Медь

□ Железо

□ Свинец

□ Марганец ■ ХПК

□ Аммиак

□ Нитраты

□ Формальдегид

□ Фосфаты

нПЬн эти гол

Рис.3. Гидрохимические показатели воды р. Томь в районе г. Юрги (2001 г., 2010 г.)

Для качественной оценки существующего состояния водных объектов районов размещения горнопромышленных предприятий должны быть определены их гидрологические и гидрохимические характеристики согласно методических рекомендаций, разработанных А.Н. Медведевым, С.Е.Дерягиной, О.В.Астафьевой, И.П.Александровым [3].

На рис.1, 2 показано содержание Р043~ мгР/л, и БПК в

воде р. Томь в районе г. Юрги в разное время года.(2001 г., 2006 г., 2010 г.)

На рис. 3 представлены гидрохимические показатели воды р. Томь в районе г. Юрги (2001 и 2010 гг.)

1. РД 52.24.633-2002 Методические указания. Методические основы создания и функционирования подсистемы мониторинга экологического регресса пресноводных экосистем.

2. Кисляков Ю. Я. Теоретические основы комплексного метода биоло-ги-ческого тестирования качества воды.// Биотестирование в решении экологических проблем. СПб.: Наука, 1991. — С. 124-133.

3. Медведев А. Н., Дерягина С. Е., Астафьева О. В., Александров И.П. Оценка воздействия на окружающую среду предприятий горнометаллургического комплекса. Методические аспекты. — Екатеринбург: Издательский дом «Автограф», 2011 — 160 с. вгсга

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Торосян В.Ф. — кандидат педагогических наук, [email protected], Торосян Е.С. — старший преподаватель,

Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета.