CC BY
13УДК 628.394:504.064
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К НАЗНАЧЕНИЮ НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОДОТОКИ ПРИ НАЛИЧИИ СРЕДНЕГОДОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОД И НЕДОСТАТОЧНОСТИ СЕЗОННЫХ
© 2013 г. Н.М. Шарапов, С.Н. Шарапова, В.Н. Заслоновский
Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов», г. Чита
Ключевые слова: водный объект, качество воды, нормативы допустимых воздействий на водные объекты, мониторинг водных объектов.
На примере рек Онон и Ингода Забайкальского края предложен методический подход к назначению нормативов допустимого воздействия на водные объекты при наличии среднегодовых показателей качества вод и недостаточности сезонных показателей. Предложенный подход позволяет снизить затраты на проведение мониторинга поверхностных водных объектов.
Введение
Нормативы допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты в Российской Федерации разрабатывают по водному объекту или его участку в соответствии с гидрографическим и/или водохозяйственным районированием в целях поддержания поверхностных и подземных вод в экологически благоприятном состоянии на основании Методических указаний [1]. В соответствии с п. 4 данных указаний НДВ по привносу химических и взвешенных минеральных веществ (НДВхим) на водные объекты предназначены
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
для установления безопасных уровней содержания загрязняющих веществ, а также других показателей, характеризующих воздействие на водные объекты.
Исходной информацией при разработке НДВхим являются расходы воды водотока (или его участка) по лимитирующим сезонам года, концентрации характерных загрязняющих веществ и соединений (ЗВ) за эти же сезоны, а также данные об антропогенной деятельности на его водосборной площади. НДВхим рассчитывается для наиболее неблагоприятных условий формирования качественных характеристик воды (водность заданной обеспеченности) с учетом влияния всех существующих и потенциальных источников загрязнения (точечных и рассредоточенных - диффузных). НДВхим предназначен для установления безопасных уровней содержания загрязняющих веществ, а также других показателей, характеризующих воздействие на водные объекты, с учетом природно-климатических особенностей водных объектов данного региона и сложившейся в результате хозяйственной деятельности природно-техногенной обстановки. При этом априори принимается, что если в данных условиях будут соблюдаться нормативы качества водного объекта, то при более благоприятных условиях эти нормативы тем более будут соблюдаться.
Часто данных по концентрациям ЗВ по сезонам года недостаточно либо они отсутствуют, что затрудняет использование методики, изложенной в [1]. Сбор необходимых данных требует значительного времени и финансовых ресурсов. Цель данной статьи - предложить и обосновать методический подход, позволяющий в таких случаях использовать среднемноголетние данные о концентрациях ЗВ для расчета их значений по лимитирующим периодам и сезонам года. Правомерность этого иллюстрируется на примере рек бассейна Верхнего Амура в пределах Забайкальского края. Данный подход позволяет существенно снизить временные и финансовые ресурсы.
Анализ назначения НДВхим Верхнего Амура в пределах Забайкальского края
Для оценки экологического состояния водных объектов и расчета НДВхим Верхнего Амура в пределах Забайкальского края были использованы следующие исходные данные.
1. Характеристики стока рек приняты из [2].
2. Содержание гидрохимических веществ и соединений в водных объектах - по данным Читинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями (Читинского ЦГМС-Р) за период 1994-2010 гг. за исключением р. Аргунь -
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
г/п Молоканка (2002-2010 гг., т. к. регулярных наблюдений до 2002 г. не велось).
3. Данные Роспотребнадзора ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Забайкальском крае».
4. Использование водных ресурсов - данные статотчетности 2-ТП (водхоз) Отдела водных ресурсов Амурского БВУ по Забайкальскому краю.
Использовали также собственные данные гидрологических наблюдений и гидрохимических анализов, выполненных сотрудниками ВостокНИИВХ в период экспедиционного обследования указанных рек.
Известно [3], что деление года на периоды и сезоны производится в зависимости от типа режима реки и преобладающего вида ее использования. Реки Верхнего Амура по характеру внутригодового распределения стока относятся к рекам с преобладающими летними паводками (т. н. Дальневосточный тип). В пределах рассматриваемой территории лимитирующим маловодным периодом является осенне-зимний (Х-111). К нелимитирующему периоду, характеризующемуся повышенным стоком, отнесены месяцы с апреля по сентябрь (весенне-летний период). Внутри осенне-зимнего периода выделена наиболее маловодная его часть (Х11-111) - лимитирующий зимний сезон.
Данные по забору воды на те или иные нужды, объемам сброса сточных вод и соответствующих ЗВ принимаются из статотчетности 2-ТП (водхоз).
Расчет расходов воды водотоков не вызывает значительных затруднений, в т. ч. и при отсутствии данных наблюдений. Методика расчета внут-ригодового распределения стока изложена в [4, 5] и позволяет вычислить эмпирическую обеспеченность для года, лимитирующих периодов и сезона; построить кривые обеспеченности; рассчитать распределение стока по сезонам для заданной вероятности превышения. При наличии гидрометрических наблюдений с помощью кривых обеспеченности рассчитывают годовые расходы заданной обеспеченности и по относительным распределениям реальных лет пересчитывают их в средние месячные расходы. При отсутствии или недостаточности данных гидрометрических наблюдений на водотоке основным и наиболее надежным методом расчета внутригодового распределения стока является метод гидрологических аналогий, который подробно описан в [6, 7].
Согласно Государственному стандарту [8], загрязняющее воду вещество - вещество в воде, вызывающее нарушение норм качества воды, в данном случае - ПДКрх. Данного определения придерживаются подразделения Росгидромета, выделяющие понятия «количество учитываемых» и «количество загрязняющих» ингредиентов.
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
Сохранение природного или условно естественного гидрохимического фона водного объекта, характеризующего природную составляющую стока химических веществ с водосбора и отвечающего оптимальным условиям существования эволюционно сложившихся и адаптированных водных и околоводных экосистем, является идеальным вариантом при установлении нормативов качества водного объекта с сугубо экологической точки зрения. В [9, 10] отмечено, что поскольку по подавляющему большинству даже весьма крупных водных объектов (как правило, уже отягощенных антропогенным влиянием) имеются очень ограниченные в историческом масштабе ряды наблюдений за химическим составом вод, то определить природный или условно естественный гидрохимический фон водного объекта не представляется возможным. Необходимо также учитывать, что ввиду наличия в современный период глобального загрязнения в результате антропогенной деятельности и возможности его переноса и поступления на водосбор аэрогенным и другими путями понятие природной составляющей стока химических веществ водного объекта в большинстве случаев является условным.
Нередко определение концентраций характерных ЗВ, характеризующих существующее химико-биологическое состояние, даже по основным водным объектам вызывает значительные трудности, что можно объяснить недостаточной сетью постов, ведущих гидрохимические наблюдения, и нерегулярностью ведения наблюдений за гидрохимическими показателями качества воды водотоков.
На водных объектах, на которых существует сеть гидропостов и ведутся не только гидрологические, но и гидрохимические наблюдения, выбор характерных ЗВ, подлежащих нормированию, был сделан на основании данных Забайкальского УГМС. Основной критерий - это продолжительные (не менее 10 лет) репрезентативные ряды наблюдений; количество случаев повторяемости загрязненности воды данным ингредиентом и его доля в общей оценке степени загрязненности воды. Оценивалась также степень загрязненности воды по обобщенному оценочному баллу.
Важное значение при установлении нормативов качества имеет определение регионального фона, поэтому предварительно для каждого водного объекта назначался фоновый створ. Для р. Ингоды таковым являлся г/п Дешулан (условно естественный природный фон, т. к. какой-либо значительно влияющей на гидрохимический режим водного объекта хозяйственной деятельности выше данного гидропоста нет); для р. Онон - г/п Верхний Ульхун (антропогенно природный фон, т. к. исток водотока находится на территории сопредельного государства Монголии и часть притоков формируются на терри-
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
тории РФ, причем на некоторых из них ведется разработка россыпного золота); для р. Аргунь - г/п Молоканка (антропогенный фон, т. к. на территории сопредельного государства Китая в бассейне р. Хай-лар (р. Аргунь) ведется активная хозяйственная деятельность и особенно интенсивно развивается горноперерабатывающая промышленность) [11].
Фактические концентрации в фоновых створах определяли в соответствии с действующими методическими указаниями по проведению расчетов фоновых концентраций химических веществ в водотоках [12]. Необходимо отметить, что по ряду веществ фактическая концентрация в фоновом створе значительно ниже, чем ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения, о чем свидетельствуют и ранее проведенные исследования [13]. В соответствии с [8] к таким ингредиентам относятся: азот аммонийный, нитраты, ртуть, кадмий, селен, хром, свинец, хлориды, сульфаты, а на некоторых водных объектах и АСПАВ.
Нормирование требуется для веществ, показатели которых превышают значения ПДК. На основании данных в перечень веществ, подлежащих нормированию при отведении их со сточными водами в реки Верхнего Амура, были включены органические вещества как легко окисляемые (по БПК5), так и трудно окисляемые: железо общее, медь, марганец, фенолы летучие, нефтепродукты, фосфаты, азот нитритный. Для р. Аргуни данные соединения входили в группу приоритетных как по повторяемости случаев загрязненности ими воды, так и по их доле в общей загрязненности воды согласно результатам совместного российско-китайского мониторинга качества вод трансграничных водных объектов [13].
Анализ характерных ЗВ показал, что для рек Верхнего Амура все ЗВ, принятые к нормированию (кроме АСПАВ и нефтепродуктов), являются веществами 3-4 классов опасности и относятся к веществам двойного генезиса.
Что касается притоков второго, а тем более третьего порядка, необходимо отметить следующее: крайне скудная сеть существующих постов, а также нерегулярность (прежде всего по сезонам года) ведения наблюдений за гидрохимическими показателями качества воды водотоков вызывают значительные трудности при расчете НДВхим. В то же время в [1] отмечается, что при отсутствии информации, а также для сравнения с эталонными водными объектами привлекается информация по сопредельным или близлежащим водным объектам и их водосборным площадям.
Рассмотрим предлагаемый методический подход назначения нормативов допустимого воздействия на водотоки при наличии среднегодовых показателей качества вод и недостаточности сезонных на примере р. Онон,
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
Таблица 1. Характеристика существующих гидропостов в бассейне р. Онон
Название гидропоста с. Верхний Ульхун ст. Оловянная с. Чирон
Расстояние от устья, км 531 138 12
Площадь водосбора, км2 45 000 75 100 95 900
основанный на сравнении среднемноголетних годовых и сезонных показателей качества воды [14].
Бассейн р. Онон расположен в юго-восточных степных, лесостепных и таежных районах Забайкальского края. В верхнем и среднем течениях протекает по Хэнтэй-Чикойскому нагорью, в нижнем - по Приононской равнине между Могойтуйским и Борщовочным хребтами. В бассейне р. Онон степи занимают равнинные и слабоувалистые территории в бассейне нижнего течения Онона (до его слияния с Ингодой). Далее на север и северо-запад простирается зона лесостепи, где степная растительность занимает южные, юго-западные и юго-восточные склоны низкогорных массивов и нижних частей средневысотных хребтов.
Река Онон является типичной равнинной рекой. Питание реки происходит в основном атмосферными осадками. Примерно половина годового стока реки приходится на июль и август. Средний расход воды в 12 км от устья 191 м3/с. Общая площадь бассейна р. Онон составляет 96 200 км2, в т. ч. на территории РФ 70 600 м2 (вся в пределах Забайкальского края). Река Онон, сливаясь в устье с р. Ингодой, образует р. Шилку - левую составляющую р. Амур.
В настоящее время в бассейне р. Онон действует всего три гидропоста: с. Верхний Ульхун, ст. Оловянная и с. Чирон. Краткая характеристика гидропостов представлена в табл. 1.
Предварительно по каждому гидропосту по данным Забайкальского УГМС [15] за период 2005-2011 гг. были рассчитаны среднемноголетние концентрации по характерным ЗВ как по сезонам года (для Забайкалья лимитирующими сезонами года являются: зима XII-III; весна-лето 1У-1Х; осень Х-Х!), так и их годовые значения (табл. 2).
В последующем находили частное деления концентрации рассматриваемого вещества по сезонам года (Сп™) к среднемноголетнему значению
годовой концентрации этого же вещества
I у^Онон \
у ср.годовое,/у
кс = Сщшп/С
сезон,г сезон, г / I
Онон
ср.годовое,г '
(1)
где г - рассматриваемое характерное ЗВ. Результаты расчетов представлены в табл. 3.
Водное хозяйство России № 2, 2013
зяйство России
Таблица 2. Среднемноголетние сезонные и годовые значения концентраций загрязняющих веществ по существующим гидропостам р. Онон за период 2005-2011 гг.
Лимитирующий сезон/год ХПК, мг/л бпк5, мг/л Азот аммония, мг/л Азот нитрит иона, мг/л Азот нитрат иона, мг/л Железо общее, мг/л Ионы меди, мг/л
Зима (ХП-Ш), С ВУльхун зима,/ Весна-лето (1У-1Х), СВУльхун весна -лето,/ Осень (Х-Х1), С^Т11 с. Вер 15,06 21,63 17,19 хний У 1,33 2,15 1,89 льхун 0,02 0,02 0,04 0,011 0,009 0,007 0,04 0,05 0,03 0,02 0,09 0,10 3,97 1,96 1,27
ст. Оловянная
Зима (ХП-Ш), СОлов™ зима,/ 16,61 1,49 0,02 0,010 0,04 0,02
Весна-лето (1У-1Х), СОлов™ . весна -лето,/ 26,65 2,43 0,02 0,010 0,04 0,07
Осень (Х-Х1), СОловянная осень,/ 15,45 2,08 0,04 0,007 0,03 0,06
с. Чирон
Зима (ХП-Ш), СЧирон зима,/ 15,25 1,40 0,02 0,011 0,04 0,06
Весна-лето (1У-1Х), С44™ ^ весна -лето, г 23,17 2,00 0,02 0,009 0,04 0,09
Осень (Х-Х1), СДХ/ 14,87 1,93 0,04 0,007 0,03 0,09
Среднегодовое значение
Год, СОнон ср.годовое,/ 19,31 1,75 0,04 0,009 0,03 0,19 2,11
Анализ представленных в таблице данных показывает, что отношение среднемноголетних сезонных концентраций (Сп^/) к годовым их значени-
(С^«;) по сезонам года значительно отличаются. Однако при нали-
ям
чии среднемноголетних годовых концентраций ЗВ и соединений с использованием предлагаемого подхода можно в первом приближении рассчитать и концентрации этих же веществ за лимитирующие сезоны года по формуле
С пункт _ 1 Онон С Онон
сезон,/ сезон,/ ср.годовое,/ *
(2)
Аналогичные расчеты были произведены и для р. Ингоды, бассейн которой занимает юго-западную часть Забайкальского края, а исток
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйств
о Рос
сии
Таблица 3. Отношение среднемноголетних сезонных концентраций к годовым их значениям по существующим гидропостам р. Онон за период 2005-2011 гг.
Гидропост ХПК, мг/л бпк5, мг/л Азот аммония, мг/л Азот нитрит иона, мг/л Азот нитрат иона, мг/л Железо общее, мг/л Ионы меди, мг/л
Отношение концентрации сезона «зима» к среднегодовой
'Оловянная зима ,г
С. Верхний ^^ЛЬХун ^аТ^ ст. Оловянная, к° с. Чирон, кЧиро1
зима ,
Онон
Среднее значeниe, .
0,78 0,86 0,79 0,81
0,76 0,85 0,80 0,80
0,58 0,52 0,52 0,54
1,24 1,13 1,19 1,19
1,39 1,43 1,36 1,39
0,12 0,11 0,34 0,19
1,88 1,97 2,18 2,01
Отношение концентрации сезона «весна-лето» к среднегодовой
с. Верхний Ульхун, кВУльхун . г 1 ' весна - лето,г 1,12 1,23 0,49 1,02 1,54 0,47 0,93
Оловянная ст. Оловянная, к весна-лето,г 1,38 1,39 0,57 1,13 1,22 0,35 1,06
с. Чирон, к Чирон весна-лето,г 1,20 1,14 0,41 0,95 1,39 0,47 0,78
Онон Среднее значение, квесна-лето,г 1,23 1,25 0,49 1,03 1,38 0,43 0,92
Отношение концентрации сезона «осень» к среднегодовой
с. Верхний Ульхун, к^^^ 0,89 1,08 1,01 0,79 1,07 0,50 0,60
Оловянная ст. Оловянная, к 5 осень, г 0,80 1,19 0,91 0,79 1,01 0,32 0,57
с. Чирон, кЧирон г > осень,г 0,77 1,10 0,91 0,73 0,96 0,46 0,54
Среднее значение кОнон . г ^ осень,г 0,82 1,12 0,94 0,77 1,01 0,43 0,57
расположен на северо-западных склонах хребта Черского. В верховьях река течет в узком ущелье, в среднем течении - по широкой котловине между хребтами Яблоновым и Черского, ниже впадения р. Читы - прорезает хребет Черского и ряд невысоких горных хребтов, где ее долина сужается. Длина водотока составляет 708 км, площадь водосбора 37 200 км2, питание главным образом дождевое, средний расход воды у устья (с. Красноярово) 72,6 м3/с.
Водное хозяйство России № 2, 2013
одное хо
зяйство России
Таблица 4. Сравнение среднемноголетних сезонных концентраций к годовым их значениям для рек Онон и Ингода
Гидропост ХПК, мг/л бпк5, мг/л Азот аммония, мг/л Азот нитрит иона, мг/л Азот нитрат иона, мг/л Железо общее, мг/л Ионы меди, мг/л
Отношение концентрации сезона «зима» к среднегодовой
р. Онон, среднее значение,
к Онон зима ,/
р. Ингода, среднее значение,
Т Ингода
0,81
1,00
0,80
0,78
0,54
1,95
1,19
1,46
1,39
1,72
0,19
0,59
Отношение концентрации сезона «весна-лето» к среднегодовой
р. Онон, среднее значение,
к Онон весна - лето,/
р. Ингода, среднее
Ингода
значение, к „ .
' весна - лето,/
1,23
1,17
1,25
1,15
0,49
1,09
1,03
0,69
1,38
1,02
0,43
1,05
Отношение концентрации сезона «осень» к среднегодовой
2,01
2,11
0,92
0,81
р. Онон, среднее значение, к Онон осень,/ 0,82 1,12 0,94 0,77 1,01 0,43 0,57
р. Ингода, среднее Ингода значение, к осень,/ 0,69 0,97 0,21 0,25 0,53 0,97 0,34
В табл. 4 представлено сравнение среднемноголетних сезонных концентраций к годовым их значениям для рек Онон и Ингода. Сравнение полученных значений по указанным рекам, расположенным в пределах одного и того же бассейна р. Шилки, показывает их значительное отличие. Это говорит о том, что гидрохимической аналогии этих рек не наблюдается. В этом случае для притоков р. Ингода следует использовать данные по другим ближайшим ее притокам либо непосредственно данные по р. Ингоде.
Выводы
Таким образом, при выборе эталонного водного объекта (реки-аналога) следует придерживаться следующего правила: рекомендуется в качестве такового для притока реки использовать другой близлежащий ее приток, по которому имеются гидрологические и гидрохимические данные, либо саму реку.
Предполагается в дальнейшем апробировать предлагаемый подход на примере водных объектов других субъектов РФ, что позволит под-
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйств
о Рос
сии
твердить правомерность его применения для тех или иных географических зон и возможность в таком случае существенного снижения затрат на проведение гидрохимического мониторинга поверхностных водных объектов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические указания по разработке нормативов допустимого воздействия на водные
объекты. Утв. приказом МПР России от 12.12.2007 № 328. М.: МПР РФ, 2007. 31 с.
2. Схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Амур (Рос-
сийская часть). Книга 1. Общая характеристика бассейна р. Амур, ДальНИИВХ. Владивосток. 2010.
3. СП 33-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Определение основ-
ных расчетных гидрологических характеристик. 2004.
4. ВладимировА.М. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 365 с.
5. Лучшева А.А. Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 440 с.
6. ГорошковИ.Ф. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 431 с.
7. Бефани Н. Ф., Калинин Г.П. Упражнения и методические разработки по гидрологическим
прогнозам. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 439 с.
8. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные
термины и определения. М.: Госстандарт, 1977.
9. Шарапов Н.М., Заслоновский В.Н. Об относительности показателей в системе норми-
рования качества природных вод // Водные ресурсы и водопользование: сб.науч. трудов. Вып. 3 / под ред. В.Н. Заслоновского и Л.Н. Зима. Екатеринбург-Чита: Изд-во РосНИИВХ, 2007. С. 133-145.
10. Шарапов Н.М. Совершенствование методологии восстановления качества поверхностных вод природных водных объектов на уровне субъекта Федерации (на примере Забайкальского края): автореф. дис. ... докт. техн. наук. Чита. 2010. 47 с.
11. Заслоновский В.Н., Шарапов Н.М. О повышении эффективности российско-китайского мониторинга качества вод реки Аргунь (Хайлар) // Водное хозяйство России. 2012. № 6. С. 35-48.
12. РД 52.24.622-2001. Методические указания «Проведение расчетов фоновых концентра-
ций химических веществ в воде водотоков». СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 61 с.
13. Беляев С.Д. О месте целевых показателей качества воды в СКИОВО // Водное хозяйство
России. 2009. № 3. С. 61-78.
14. Разработка научно-обоснованных предложений по внесению изменений и дополнений в план совместного российско-китайского мониторинга качества вод трансграничных водных объектов // Отчет по НИР / ДальНИИВХ, рук. Н.Н. Бортин. Владивосток. 2008. 408 с.
15. Шарапов Н.М. Сравнение среднемноголетних годовых и сезонных показателей качества
воды на примере р. Онон // Кулагинские чтения: XII Междунар. научно-практич. конф. Ч. V. Чита: ЗабГУ, 2012. С. 130-133.
16. Ежемесячная справка о состоянии окружающей природной среды на территории Читинс-
кой области за период 2005-2011 гг. Чита: Читинский ЦГМС-Р, 2005-2011.
Водное хозяйство России
Сведения об авторах:
Шарапов Николай Михайлович, д. т. н., профессор, руководитель направления, Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ВостокНИИВХ), 672039, r. Чита, ул. Александро-Заводская, 30; e-mail: nmsharapov@mail.ru
Шарапова Светлана Николаевна, научный сотрудник, Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ВостокНИИВХ), г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30; e-mail: vostokniivh@ mail.ru
Заслоновский Валерий Николаевич, д. т. н., профессор, заведующий кафедрой водного хозяйства и инженерной экологии, Забайкальский государственный университет, 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30; директор, Восточный филиал ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ВостокНИИВХ), 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30; e-mail: vostokniivh@mail.ru
Водное хозяйство России № 2, 2013
Водное хозяйство России
