ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

«МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЕЙ РЫБОРАЗВЕДЕНИЯ ПО ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ Т.И. МОИСЕЕНКО [21]»

В данной работе о качестве природной воды для рыборазведения судят по доза-эффектным зависимостям (рис.) Для построения доза-эффектных зависимостей использованы наиболее простые и доступные в практике мониторинга экотоксикологические критерии качества вод на основе изучения клинических патолого-морфологических и гематологических показателей заболеваемости рыб. Рыбы по сравнению с беспозвоночными более чувствительны ко многим токсикантам и являются наиболее удобным объектом для оценки качества вод.

Цель работы: оценить качество исследуемой воды для оценки экологической обстановки водоёмов для рыборазведения (степень загрязнения).

Задачи:

1. Изучить критерии и их нормативы качества вод для оценки экологической ситуации (формулы 1.23–1.26, табл. 1.15, рис. 1.4).

2. Провести контроль качества исследуемой воды для оценки экологической ситуации (оценить соответствие показателей качества исследуемой воды нормам вод).

Задание: Индивидуально выдаётся преподавателем качественный и количественный состав природной воды.

Критерием качества воды является общий индекс загрязнения Х_сум, который определяется как сумма трёх составляющих компонентов-загрязнителей по формуле 6.5:

Х_сум = Х_токс + Х_ф-х + Х_эфт. (1.23)

Х_токс – степень загрязнения токсическими веществами оценивается традиционной суммой превышений концентрации соответствующих элементов (С_i) к их предельно допустимым конценрациям (ПДК_{р, i}):

(1.24)

Х_ф-х – степень загрязнения водоёма сульфат-ионами, взвешенными веществами и общей минерализацией, по которым кратность превышения концентраций относится не к ПДК_{р, I}, а к максимальным фоновым значениям (С_{фон. max i}):

(1.25)

Х_эфт – специальный показатель эвтрофикации рассчитывается по формуле 1.26:

(1.26)

где С_фос и С_{фон. фос} – анализируемые и фоновые значения концентраций минерального фосфора, К – дополнительный коэффициент, зависящий от состояния водоёма (для мезотрофных водоёмов К = 2, а для эвтрофных водоёмов К = 3).

Предлагаемая схема расчетов ориентирована таким образом, что суммарный индекс качества вод для "абсолютно" чистых озер будет иметь нулевое значение и повышаться при любом виде антропогенного воздействия.

Наиболее приемлемые, доступные и информативные показатели качества в практике мониторинга природных водоемов следующие: Y_пат – % рыб в стаде с патологическими отклонениями;

Y_ин – средний балл тяжести заболевания (интенсивность проявления патологий) в локальных зонах;

Y_{кр, Нb} – % рыб с концентрацией гемоглобина в крови менее 8г%.

Величины Y_пат, Y_ин, Y_{кр, Нb} – экотоксикологические критерии качества водоёмов для обитания рыб.

Качество водоёмов представлено доза-эффектными зависимостями Y_пат – Х_сум , Y_ин – Х_сум, Y_{кр, Нb} – Х_сум.

Наиболее достоверная зависимость описывается логарифмической кривой за исключением рыб с концентрацией гемоглобина ниже критических значений (рис. 1.4).

Доза-эффектная зависимость Y_пат–Х_сум описывается ур. 1.27:

Y_пат = 32,935 ln (Х_сум) - 66,895. (1.27)

Доза-эффектная зависимость Y_ин–Х_сум описывается ур. 1.28:

Y_ин = 1,3793 ln (Х_сум) - 2,3969. (1.28)

Доза-эффектная зависимость Y_{кр, Hb}–Х_сум описывается ур. 1.29:

Y_{кр, Hb} = 0,4226 Х_сум - 1,4556. (1.29)

Уже при небольших увеличениях уровня загрязнения заболеваемость рыб в водах стремительно прогрессирует. При этом достоверность связи с показателем только токсичного загрязнения (Х_токс) ниже по сравнению с суммарным индексом (Х_сум) загрязнения вод, что подтверждает корректность расчетов и показывает высокую значимость учета всех других факторов, сопутствующих токсичному загрязнению.

Поскольку рассчитанные зависимости отражают реальную закономерность реакции организма рыб на комплексное загрязнение, то они являются рабочим инструментом, позволяющим в обратном порядке рассчитывать допустимый уровень загрязнения.

В качестве примера рассчитаны значения допустимого уровня загрязнения, вызывающие 0.5 и 1.0, 10 и 50%-ную заболеваемость рыб в водоеме оз. Имандра, Субарктика, – соответственно 7.7; 7.9; 8; 9; 10.3 и 34.8 ед. суммарного индекса загрязнения. Например, по данным рис. 6.1 видно, что в интервале показателей индекса загрязнения вод Х_сум до 35 усл. ед. происходит деградация рыбных запасов. При этом патологическая заболеваемость в стаде до 50 % (Y_пат); интенсивность заболеваемости (Y_ин) до 2.5 балла; постоянная элиминация особей в стаде от хронических токсикозов Y_{кр, Нb} до 10 %. В зависимости от предъявляемых требований к состоянию водоема можно ставить вопрос о необходимом уровне снижения антропогенных воздействий, т.е. переходить к блоку управления нагрузками.

Рис. 1.4. Зависимости между суммарным показателем качества вод (Х_сум, усл. ед.) и экотоксикологическими критериями

Предложенная методика на современном уровне знаний позволяет не только вычислить суммарный индекс качества, но и оценить вклад каждого вида загрязнения, а также выявить приоритетность происходящих процессов в водоеме или на его участках.

Литература

1. Сан П и Н 2.1.4.1074−01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.

2. ГОСТ 2874−82 «Вода питьевая».

3. ГОСТ 2761−84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».

4. Нормативы качества питьевой воды в России и за рубежом. Международный экологический фонд «Вода Евразии». − Екатеринбург, 1996.

5. Шварцев С.Л., Копылова Ю.Г. Оценка качества питьевой воды скважины «ТВК» в процессе её водоподготовки, поиск новых источников высоко качественной воды в районе г. Томска. Отчёт о НИР. – Томск: ТПУ, 2001. – 31 с.

6. Барвиш М.В., Шварц А.А. Новый подход к оценке микрокомпонент-ного состава подземных вод, используемых для питьевого водоснаб-жения //Геоэкология, 2000.−№5.−С. 467−473.

7. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоёмов.− М: Изд-во ТОО «Мединор», 1995.

8. Зарубина Р.Ф., Копылова Ю.Г.. Оценка качества природных вод различного назначения. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009.−115 с.

9. Санитарные правила и нормы. Cан ПиН № 2.1.5.980–00. Гигие-нические требования к охране поверхностных вод. − М.: Минздрав России, 2000. − 23 с.

10. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. − М.: Недра,1998. − С. 197.

11. Шварц А.А. Эколого-гидрогеологический анализ состояния подзем-ных вод при региональных исследованиях. /Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. д. г.-м. н. – М.: Российская гос. библиотека, 2005. – 34 с.

12. СанПиН № 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. – М.: Минздрав СССР, 1988. – 68 с.

13. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. – М.: Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 1992.

14. Головин А.А., Морозова И.А., Трефилова Н.Я., Гуляева Н.Г. Учет и оценка природных ресурсов и экологического состояния территорий функционального использования. – М.: ИМГРЭ, 1996.

15. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. – М.: Недра, 1990.

16. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами.– М.: ИМГРЭ, 1982.

17. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохимической оценке территорий при проведении многоцелевого геохимического картирования масштабов 1:1000000 и 1:200000. – М.: ИМГРЭ, 2002. – 70 с.

18. Нежниховский Р.А. Гидролого-экологические основы водного хозяйства. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 232 с.

19. Кац В.Е., Доставалова М.С. Оценка качества питьевых вод на предмет их физиологической полноценности для здоровья населения (на примере Республики Алтай) // Материалы науч. конф. «Проблемы поисковой и экологической геохимиии Сибири». – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – С. 231–232.

20. Науменко Л.Е., Яковенко Д.И., Коробка В.Г. Справочник инспектора рыбоохраны. – К.: Урожай, 1988. – 312 с.

21. Моисеенко Т.И. Экотоксикологичекий подход к нормированию антропогенных нагрузок на водоёмы Севера //Экология, 1998, № 6. – С. 452–461.

ВОПРОСЫ и ЗАДАНИЯ для самостоятельной подготовки и для самоконтроля

1. Чем отличается чистая вода от природной воды?

2. Понятие «загрязнение воды».

3. Определение «качество воды» по ГОСТ 27065-86

4. Структура «качества воды» водного объекта.

5. Факторы, влияющие на качество воды.

6. Определения «критерии качества воды», «показатели качества воды», «нормы качества воды», «индексы качества воды».

7. Критерии качества, нормы качества (индексы качества) и качество воды по ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».

8. Критерии качества, нормы качества, (индексы качества) и качество воды в документе «Нормативы качества питьевой воды в России и за рубежом». Международный экологический фонд «Вода Евразии». − Екатеринбург, 1996.

9. Критерии качества, нормы качества и качество воды Сан П и Н 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

§ 1.3. КАЧЕСТВО ВОДЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МЕЛИОРАЦИИ (ОРОШЕНИЯ)

Требования к качеству оросительной воды определяются многими факторами: проницаемостью почвы (ее дренированностью), глубиной залегания уровня грунтовых вод и их минерализацией, соотношением и составом разнообразных солей, содержащихся в самой оросительной воде и т.п. В обобщенном виде требования к оросительной воде могут быть представлены в виде значений ряда показателей (табл. 1.23-1.25).

Таблица 1.23

Американская классификация оросительных вод [4]

Окончание табл. 1.23

Здесь ^хSAR – натриево-адсорбционное отношение, характеризую-щее относительную активность ионов натрия, определяется по формуле

^хSAR= , (1.30)

где Na, Ca, Mq – концентрация катионов, мг-экв/л;

рH_c – расчетная величина, учитывающая суммы

(Ca²⁺ + Mg²⁺) и (СО₃^2-+НСО₃^-), определяется по формуле 1.31:

рН_с= (РК₂-РК₀)+Р(Са+Мq)+Р АI_к. (1.31)

Абсолютные величины слагаемых уравнения 1.31 берутся из табл. 1.24:

· величина (РК₂-РК₀) по сумме (Ca²⁺ + Na⁺ + Mg²⁺),

· величина Р(Са+Мq) по сумме (Ca²⁺ + Mg²⁺),

· величина Р АI_к по сумме (СО₃^2-+НСО₃^-).

Таблица 1.24

Параметры для расчёта рН_с

В российской практике широко используется эмпирический ирригационный коэффициент (А), определяемый по следующим формулам в зависимости от соотношения солей:

1. при rNa⁺ < rCl^-, когда весь натрий соединен с хлором,

(1.32);

2. при rСl^- < rNa⁺ < (rCl^- + rSO₄^2-), когда натрий соединен с хлором и сульфат-ионом,

(1.33);

3. при rNa⁺ > (rCl^- + rSO₄^2-), когда в растворе появляются гидрокарбонаты и карбонаты натрия,

(1.34),

где А – ирригационный коэффициент; 288 – безразмерный эмпиричес-кий коэффициент; rNa⁺, rCl^- и rSO₄^2- – концентрация натрия, хлора и сульфат-иона, мг-экв/л. В зависимости от значения ирригационного коэффициента (А)качество воды оценивается по таблице 1.25.

Таблица 1.25

Оценка пригодности воды для орошения

по ирригационному коэффициенту

Интервалы рН оросительной воды с учетом чувствительности сельскохозяйственных культур к кислотно-щелочным свойствам почв представлены в табл. 1.26.

Таблица 1.26

Величины рН оросительной воды

для различных сельскохозяйственных культур [5]

Низкая температура, обычная для подземных вод, задерживает рост растений. Поэтому подземные воды перед орошением обычно собирают в особые бассейны – водохранилища, где вода постепенно нагревается под воздействием солнца и теплого воздуха.

Требования к температуре оросительной воды с учетом чувствительности растений к теплу представлены в табл. 1.27.

Таблица 1.27

Температура оросительной воды для сельскохозяйственных культур [6]

Определенные ограничения накладываются и на содержание в оросительной воде таких элементов как железо (не более 0,3 мг/л), цинка (особенно сульфата цинка), свободных кислот и др.

Таблица 1.28

Варианты качества воды

Окончание табл. 1.28

ГОСТ 17.1.2.03–90 «Критерии и показатели качества воды для орошения» [7] устанавливает единые критерии оценки и номенклатуру показателей качества воды для орошения.

Требования к сточным водам для орошения – по ГОСТ 17.4.3.05–86.

1. Для обеспечения комплексной оценки качества воды для орошения следует учитывать агрономические, технические и экологические критерии:

1.1. Агрономические критерии должны определять качество воды для орошения по её воздействию на:

1) урожайность сельскохозяйственных культур по валовому сбору и интенсивности развития;

2) качество сельскохозяйственной продукции, в особенности на формирование её полноценности, доброкачественности и сохранности;

3) почвы – с целью сохранения и повышения плодородия и предотвращения процессов засоления, осолонцевания, содообразования, слитизиции и нарушения биологического режима.

1.2. Технические критерии должны определять качество воды для орошения по воздействию на сохранность и эффективность эксплуатации гидромелиоративных систем и их составных частей.

1.3. Экологические критерии должны определять качество воды для орошения с учётом необходимости обеспечения безопасной санитарно-гигиенической обстановки на данной территории и охраны окружающей среды.

2. Номенклатура показателей должна обеспечивать комплексную оценку качества воды для орошения с достаточной полнотой по всем трём критериям, исходя из необходимости высокоэффективного и стабильного функционирования агроэкосистемы, получения максимально возможного количества сельскохозяйственной продукции требуемого качества и охраны окружающей среды.

3. Показатели качества воды для орошения следует подразделять на две группы:

1) показатели первой группы характеризуют свойства воды для орошения и содержание веществ, необходимых в определённых количествах для нормального функционирования агроэкосистемы (см. табл. 1.29);

2) показатели второй группы отражают свойства воды для орошения и содержание веществ, оказывающих при определённых условиях отрицательное воздействие на отдельные компоненты агроэкосистемы (см. табл. 1.30).

П р и м е ч а н и е. Приоритетные группы показателей приведены в таблицах 1.29 и 1.30.

4. Нормирование показателей качества воды для орошения следует осуществлять в соответствии с агрономическими, техническими и экологическими критериями с учётом:

1) особенностей климата, состава, свойств и ёмкости поглощения почв;

2) дренированности территории;

3) глубины залегания и химического состава подземных вод;

4) солеустойчивости сельскохозяйственных культур;

5) технологии орошения.

5. Для показателей первой группы следует устанавливать оптимальный диапазон и предельно допустимое значение, для показателей второй группы – предельно допустимое значение.

Вполне определённых норм качества воды для орошения нет.

Таблица 1.29

Показатели качества оросительной воды первой группы

Продолжение таблицы 1.29

Таблица 1.30

Показатели качества оросительной воды второй группы

Продолжение таблицы 1.30

Продолжение таблицы 1.30

Примечания:

Знак «+» означает, что показатель подлежит нормированию,

знак «–» – показатель не подлежит нормированию,

знак «*» – приоритетные показатели качества оросительной воды.

Критерии оценки качества воды:

I – агрономические

1) Сохранение и повышение плодородия почв, в том числе предупреждение процессов засоления, осолонцевания, содообразования, слитизации и нарушения биологического режима почв;

2) Обеспечение плановой урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе продуктивности и интенсивности развития;

3) Обеспечение необходимого качества сельскохозяйственной продукции, в том числе полноценности. Доброкачественности, сохранности.

II – технические

4) Обеспечение сохранности и долговечности элементов гидромелиоративных систем, в том числе предупреждение процессов коррозии, зарастания, биообрастания, заиления.

III – экологические

5) Охрана объектов окружающей природной среды, в том числе поверхностных, подземных вои почв;

6) Обеспечение безопасной санитарно-гигиенической обстановки.