Содержание к диссертации
Введение
1 Концепция устойчивого развития в сфере водопользования и региональное нормирование 11
2 Нормирование антропогенного воздействия на качественные характеристики водных объектов (современное состояние, проблемы и перспективы) 26
2.1 Современное состояние нормирования привноса загрязняющих веществ в водные объекты 27
2.2 Методологические подходы по усовершенствованию системы нормирования 31
2.3 Нормативы качества водного объекта и целевые показатели качества как основа регионального нормирования 43
3 Географический аспект проблемы регионального нормирования 59
3.1 Региональные особенности и природопользование 60
3.2 Определение пространственного масштаба расчетных участков при региональном нормировании 68
4 Особенности подготовки информационно-справочной базы при региональном нормировании 88
4.1 Паспорт основных характеристик бассейна реки 88
4.2 Оценка поступления загрязняющих веществ в водные объекты из различных источников загрязнения 93
4.3 Выбор перечня нормируемых гидрохимических показателей 103
4.4 Научно-методические основы определения регионального гидрохимического фона для целей нормирования 104
5 Методология установления региональных нормативов качества водных объектов и целевых показателей качества воды 121
5.1 Оценка экологического состояния водного объекта и его учет при установлении нормативов качества 121
5.1.1 Современные подходы к оценке экологического состояния водного объекта 121
5.1.2 Оценка фактического состояния водного объекта при помощи показателя балловой загрязненности 130
5.2 Установление региональных нормативов качества водного объекта и целевых показателей качества воды для расчетных участков 134
6 Нормативы предельно допустимого вредного воздействия на поверхностный водный объект как инструмент регионального нормирования 152
6.1 Основные проблемы при разработке нормативов ПДВВ 154
6.2 Установление диапазона экологической толерантности и значений максимально допустимых концентраций (Сдк) 160
6.3 Расчет нормативов ПДВВ по привнесу химических загрязняющих веществ 166
6.4 Алгоритм установления нормативов ПДС для отдельных водопользователей 172
6.5 Использование бассейнового принципа при расчете нормативов ПДС отдельных водопользователей 183
6.6 Пример расчета норм ПДВВ для водного объекта и на их основе норм ПДС (ВСС) для отдельных водопользователей 189
6.7 Экономический аспект установления нормативов ПДВВ и ПДС при региональном нормировании 204
7 Научно-методические основы нормирования при сбросе сточных вод на болото 209
Заключение 239
Список использованных источников 243
- Современное состояние нормирования привноса загрязняющих веществ в водные объекты
- Оценка поступления загрязняющих веществ в водные объекты из различных источников загрязнения
- Современные подходы к оценке экологического состояния водного объекта
- Основные проблемы при разработке нормативов ПДВВ
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития страны характеризуется значительным ухудшением экологических условий в большинстве речных бассейнов России на фоне общего кризиса экономики. Ведущаяся в течение длительного времени, часто бесконтрольная, антропогенная деятельность привела к истощению и загрязнению водных ресурсов многих речных бассейнов России, что бумерангом ударило по хозяйственно-экономическому состоянию регионов. Для выхода из сложившейся ситуации требуется комплексное решение возникших социально-экономических и экологических проблем на основе рационального водо- и природопользования.
Сбалансированность экологических и экономических интересов, их «паритетность» в любой сфере антропогенной деятельности является непременным условием устойчивого развития современного общества. Стратегия в области водохозяйственной политики, направленной на рациональное водопользование, является лишь одним из разделов стратегии перехода к устойчивому развитию общества, подразумевающих объединение показателей экономического, социального и природного развития. Основной путь при реализации принципов устойчивого водопользования, зафиксированных в «Концепции государственной политики в сфере использования, восстановления и охраны водных объектов», это усиление экологической составляющей хозяйствования (экологизация).
Экологизация хозяйственной деятельности, кроме других аспектов (изменение технологий производства, совершенствование водохозяйственных систем и др.) предусматривает реализацию принципа постоянного и планомерного снижения вредных воздействий на водные объекты, осуществляющегося и контролируемого на практике через нормирование хозяйственной деятельности, в частности привноса загрязняющих веществ в водные объекты.
Целью любого нормирования в природоохранной сфере является установление предельно допустимых норм воздействия, с одной стороны, гарантирующих экологическую безопасность населения и его генетического фонда, и, с другой стороны, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов при условии устойчивого развития хозяйственной деятельности.
Региональные отличия как в физико-географических условиях, так и в преобладающей хозяйственной деятельности, во многом производной от сочетания природных факторов на конкретной территории, определяют объективное различие в диапазоне качественных характеристик, соответствующих благополучному состоянию
водных и околоводных экосистем. К настоящему времени накоплен значительный опыт в регламентировании хозяйственной деятельности, однако роль региональных факторов при практическом нормировании в большинстве случаев игнорируется. Отсутствуют единые подходы к установлению допустимой антропогенной нагрузки на водный объект, что во многом связано с односторонностью критериев, используемых при оценке качества поверхностных вод. Остается открытым вопрос, связанный с нормированием антропогенной деятельности в целом для бассейна реки, а также такого специфического вида водных объектов как болота. Отсутствие обоснованных рекомендаций по установлению допустимых нагрузок на водный объект с учетом его состояния, природных особенностей, специализации и приоритетов использования водных ресурсов затрудняет на практике реализацию концепции устойчивого водопользования, снижает эффективность водоохранных мероприятий.
Принципиальное значение для решения задач нормирования имеет установление уровней безопасного содержания поллютантов в водных объектах. Традиционный подход в нормировании на базе экстерриториальных ПДК без учета гидрологических и гидрохимических особенностей не обеспечивает экологическую безопасность водного объекта и одновременно препятствует социально-экономическому развитию территории. Соответственно эффективное нормирование обязательно должно отражать региональные аспекты проблемы управления водами суши.
Современная нормативно-методическая база не позволяет решить в требуемой степени целый ряд насущных вопросов нормирования, в связи с этим разработка методологических и практических вопросов регионально ориентированного нормирования давно назрела и является актуальной.
Основной целью исследования является разработка методологических основ регионально ориентированного нормирования антропогенного воздействия на качество воды водных объектов в свете концепции устойчивого развития, а также практических рекомендаций по их реализации.
В соответствии с этим решались следующие задачи:
разработка методологических основ установления региональных нормативов качества воды водных объектов и целевых показателей качества воды с учетом фактического состояния водного объекта и природного фона;
определение пространственного масштаба действия нормативов качества воды водного объекта с учетом приоритета целевых функций использования водных ресурсов;
разработка методики районирования территории по комплексу гидрохимических показателей для установления значений регионального природного фона;
подготовка информационных баз данных, необходимых для нормирования антропогенных нагрузок в рамках речного бассейна или его участка, в том числе диффузных источников загрязнения; '
разработка метода оценки экологического состояния водного объекта по интегральным показателям с учетом региональных особенностей;
подготовка научно-методических рекомендаций по определению регионального природного фона, его сезонного дифференцирования и установлению диапазона изменчивости, а также использованию регионального фона для определения экологической толерантности и нормирования антропогенного воздействия;
разработка принципиальной схемы и методики расчета предельно допустимого вредного воздействия (ПДВВ) на поверхностный водный объект;
- разработка алгоритма установления норм допустимых сбросов (ПДС)
загрязняющих веществ для отдельных водопользователей на основе региональных
нормативов качества водного объекта;
- выполнение комплекса исследований по оценке самоочищающей способности
болот и разработка методических рекомендаций по ее использованию при нормировании
сброса сточных вод на болото.
В результате совокупности выполненных автором исследований осуществлено решение научно-практических проблем, имеющих важное народнохозяйственное значение - обоснована регионально ориентированная система нормирования антропогенного воздействия на водные объекты.
Методология и методы исследований, исходные материалы. Методологической основой работы является обобщение современных представлений о формировании качества поверхностных вод в условиях существенного увеличения антропогенного воздействия на водосборы и акватории водных объектов, экологической толерантности водных экосистем .
При проведении исследований использовались методы географо-гидрологического анализа, экспертной оценки, методы картирования. При обработке результатов применялся аппарат математической статистики (дисперсионный, корреляционный, регрессионный и кластерный анализ), а также математическое моделирование.
В основу работы положены многолетние наблюдения на режимной сети станций и постов Росгидромета, МПР России, а также исследования ФГУП РосНИИВХ.
Предметом исследования являются системы управления качеством водных ресурсов и нормирования привноса загрязняющих веществ в водные объекты под
воздействием антропогенной деятельности на основе дифференцированного подхода с учетом региональных природно-климатических и хозяйственных особенностей.
Объекты исследований - геоэкосистемы водных объектов и их бассейнов, испытывающие воздействие антропогенной деятельности.
На защиту выносятся:
- методологические основы установления региональных нормативов качества
водного объекта и целевых показателей качества воды с учетом современного состояния
водного объекта, природного фона и приоритетного вида использования;
- метод оценки интегрального экологического состояния водного объекта с учетом
регионального природного фона;
- принципиальная методологическая схема расчета нормативов предельно
допустимого вредного воздействия (ПДВВ) на поверхностные водные объекты по
привносу химических веществ;
- научно-методический подход к оценке самоочищающей способности болот и ее
использование при нормировании антропогенного воздействия.
Научная новизна. Впервые разработана методология регионального
нормирования антропогенного воздействия на качественные характеристики водных объектов на основе концепции устойчивого водопользования, в рамках которой:
обоснованы и разработаны методические приемы по установлению региональных нормативов качества вод водного объекта и целевых показателей качества воды;
предложен новый метод оценки экологического состояния водного объекта и определения приоритетных загрязняющих веществ с учетом регионального фона,
разработаны методические приемы районирования бассейна по комплексу гидрохимических показателей и его картированию;
разработана и апробирована методика определения предельно допустимых вредных воздействий на поверхностный объект по привносу химических веществ с сезонной дифференциацией;
- разработан принципиальный алгоритм установления сезонно-
дифференцированных норм ПДС для отдельных водопользователей на основе
бассейнового ПДВВ;
разработаны предложения по применению бассейнового принципа при расчете норм ПДС загрязняющих веществ по отдельным водопользователям;
предложены методические приемы по оценке самоочищающей способности болот;
- впервые разработаны методические рекомендации по нормированию сброса
загрязняющих веществ на болота с учетом самоочищения для изученных и неизученных
болот.
Практическая значимость. Результаты исследований направлены на совершенствование нормативно-методической базы по нормированию антропогенной деятельности в свете концепции устойчивого водопользования и обеспечения эколого-экономической безопасности. Полученные результаты способствуют решению важной народнохозяйственной проблемы - постоянному и планомерному снижению вредного антропогенного воздействия на водные объекты при условии устойчивого экономического развития территории.
Практическим приложением исследований являются:
- методика по установлению нормативов качества водного объекта и целевых
показателей качества воды;
паспорт основных характеристик бассейна реки;
метод определения границ расчетных водохозяйственно-экологических участков;
методика расчета нормативов предельно допустимого вредного воздействия (ПДВВ) на поверхностные водные объекты по химическим веществам;
методика оценки экологического состояния водного объекта по показателю балловой загрязненности;
методические рекомендации по расчету предельно допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ со сточными водами на болото;
методика определения объемов загрязненного поверхностного стока от диффузных источников загрязнения для целей нормирования;
методические рекомендации по установлению значений регионального природного фона при помощи районирования территории по комплексу гидрохимических показателей.
Личный вклад автора состоит в постановке проблемы, формулировании цели и задач; непосредственном участии в проведении исследований, а также камеральной обработке и теоретическом обобщении их результатов. Результаты диссертационной работы были получены при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, выполняемых по заказам МПР России, его территориальных подразделений и других организаций, по которым соискатель являлся ответственным исполнителем,
Реализация результатов диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы вошли в заключительные научно-технические отчеты по
различным тематикам государственного заказа НИР ФГУП РосНИИВХ. Материалы исследований использованы при составлении «Руководящего документа по расчету нормативов предельно допустимых вредных воздействий» (МПР России), «Методического руководства по разработке норм предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ для Свердловской области» (МПР Свердловской области) и др.
На основе изложенной в работе методологии разработаны нормативы ПДВВ для бассейнов pp. Чусовой, Сысерти (2002-03 гг.), аналогичные работы проводятся по бассейну pp. Исеть, Вятки и др. Научно-методические подходы по расчету влияния диффузных источников, предложенные автором, использованы в разработках, выполнявшихся в рамках реализации целевой программы «Защита Приморского края от наводнений» (2000 г.).
Выработанные подходы определения фоновых значений и установления водохозяиственно-экологических участков использованы при подготовке плана управления водосбором Волчихинского водохранилища на р.Чусовой и разработке методических рекомендаций по установлению долго- и краткосрочных показателей состояния водного объекта (в рамках выполнения проекта по управлению окружающей средой в Российской Федерации: компонент «Управление качеством вод и водными ресурсами»).
Результаты исследований и методические рекомендации в области нормирования при сбросе на болото использовались для обоснования проектных решений при строительстве и реконструкции очистных сооружений более чем 15 объектов (ОАО «Огнеупоры» г. Богданович, очистные сооружения гг. Югорск и Ивдель, ЛПУ МГ «Тюментрансгаз» и др.), установлении нормативов ПДС более, чем 60 объектов в Свердловской, Тюменской, Челябинской областях и других субъектах Федерации.
Материалы исследований используются в учебных семинарах, проводимых по линии Учебного центра по интегрированному управлению водохозяйственной деятельностью (Кафедра Водохозяйственного менеджмента Уральского филиала Академии стандартизации, метрологии и сертификации), а также в учебных курсах УГТУ-УПИ «Комплексное использование и охрана водных ресурсов».
Апробация работы. Результаты исследований представлены и обсуждены на Второй республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан» (Казань, 1995); Международной научно-технической конференции "Водные ресурсы и устойчивое развитие экономики Беларуси" (Минск, 1996); региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы эколого-географического изучения Урала для целей оптимизации природопользования и
регионализации образования» (Екатеринбург, 1997); Всероссийской конференции «Управление устойчивым водопользованием» (Москва, 1997); научно-практическом семинаре "Уралэкология -97" (Екатеринбург, 1997); научно практической конференции «Водные ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий» (Иркутск, 1998); Шестом международном горно-геологическом форуме "Природные ресурсы стран СНГ" (Санкт-Петербург, 1998); научно-практическом семинаре «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 1998); Всероссийской конференции «Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования» (Москва, 1999); Пятом международном симпозиуме "Чистая вода России-99" (Екатеринбург, 1999); Международной конференции "Экологическая безопасность на пороге XXI века" (Санкт-Петербург, 1999); Международном научно-практическом семинаре «Планирование водохозяйственной деятельности в бассейне р. Тагил» (Нижний Тагил, 1999); Четвертом всероссийском научно-практическом семинаре "Чистая вода" (Тюмень, 1999); Седьмом Международном форуме "Природные ресурсы стран СНГ" "Акватерра" (Санкт-Петербург, 1999); Международной конференции «International conference on EU water management framework directive and Danubian countries» (Братислава, 1999); научной конференции «Гидрология Урала на рубеже веков» (Пермь, 1999); Четвертом международном конгрессе "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК -2000 (Москва, 2000); Международной конференции «River restoration in Europe. Practical approaches» (Wageningen, The Netherlands, 2000); Международном форуме "Природные ресурсы стран СНГ" "Акватерра" (Санкт-Петербург, 2000); Шестом международном симпозиуме «Чистая вода России - 2001» (Екатеринбург, 2001); 5 Международном конгрессе «Экватэк-2002 Вода: экология и технология», (Москва, 2002); 5 V Международной конференции «Акватерра» (Санкт-Петербург, 2002); Международном симпозиуме «Чистая вода России — 2003» (Екатеринбург, 2003), Международной конференции «River restoration 2004» (Zagreb, 2004).
Публикации. Основные результаты исследований изложены в 70 печатных работах, включая 6 коллективных монографий, 27 статей и 37 тезисов докладов.
Объем її структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 230 страницах машинописного текста. Работа содержит 21 рисунок, 22 таблицы и 5 приложений. Список использованных источников включает 271 наименование.
Современное состояние нормирования привноса загрязняющих веществ в водные объекты
Ухудшение качества воды в поверхностных водных объектах, наблюдающееся в течение последнего полувека, в основном обусловлено их прогрессирующим загрязнением, которое происходит преимущественно под влиянием разнородной хозяйственной деятельности. Сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, поступление в водные объекты загрязненного диффузного поверхностного стока, превышение на локальном уровне ассимиляционного потенциала природных вод остается главной причиной неблагополучного состояния водных объектов. Около 25% территории России характеризуется очень высокой степенью нагрузки химических веществ на водоисточники питьевой воды, что представляет реальную угрозу для здоровья населения [Черняев и др., 1995]. Наиболее сложное положение складывается в современный период по основным промышленным районам страны в бассейнах Волги, Камы, Белой, Оби, Дона и др.
Под загрязнением понимается все то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия и отличается от обычно наблюдаемой нормы. Применительно к гидросфере загрязнение представляет собой комплекс «помех» в водных и околоводных экосистемах, приводящих к их деградации.
Применительно к загрязнению водных объектов выделяют ингредиентное, параметрическое, биоценотическое и стационально-деструкционное загрязнение [Агроэкология, 2000]. Первые два типа загрязнения касаются в основном абиотических факторов, остальные выражают изменение в биотической составляющей экосистемы. Под ингредиентным загрязнением понимается совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам, т.е. имеющих искусственное происхождение (в основном химические ингредиенты). Параметрическое загрязнение заключается в изменении качественных параметров окружающей природной среды, т.е. изменение содержания веществ, имеющих природное происхождение, что может являться следствием гидротехнического строительства, мелиоративных работ и т.д.. Биоценотическое загрязнение связано с воздействием на состав и структуру популяций живых организмов, а стациально-деструкционное загрязнение представляет собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования и определяется интенсивностью трансформации естественных систем. Последние два типа загрязнения в основном являются следствием параметрического и ингредиентного загрязнений, что определяет необходимость первоочередного нормирования именно этих видов загрязнения. Настоящая диссертация и касается вопросов нормирования ингредиентного и отчасти параметрического видов загрязнения.
Нормирование привноса вредных веществ в водные объекты является важнейшим средством регулирования природопользования в сфере водного хозяйства. Задача регламентации антропогенной нагрузки на поверхностные водные объекты и особенно сброса сточных вод в современных условиях очень актуальна. В течение последних десятилетий разработано большое количество нормативных и методических материалов, посвященных этой проблематике [Практические рекомендации.., 1973; Черкинский, 1977; Методические рекомендации.., 1982; Родзиллер, 1984; Методические основы.., 1987; Методика расчета.., 1990, Лепихин, 1995, Методические указания .., 1999 и др.].
Значительная их часть посвящена решению проблемы в рамках узкой задачи "водовыпуск" - "водный объект", т.е. ориентирована на единичные выпуски, когда водопользователи через загрязнение водного объекта не оказывают влияния друг на друга ввиду удаленности, при этом учитываются только сосредоточенные выпуски. Подобная ситуация почти идеальна и в действительности характерна лишь для некоторых, преимущественно аграрных регионов со слабо развитой индустрией. Указанный подход не соответствует реальной водохозяйственной обстановке в подавляющем большинстве развитых регионов страны.
Если обобщить весь мировой опыт нормирования поступления загрязняющих веществ в водные объекты, то в целом выделяются два основных подхода, условно разделяемых на «подход от экологии» и «подход от технологии» [Беляев, Черняев, 1999].
При первом подходе «от экологии» нормирование основано на определении допустимого объема и концентраций загрязняющих веществ (ЗВ), при котором в контрольном створе водного объекта концентрации ЗВ не превысят значений норматив качества воды: предельно допустимых концентраций (ПДК), ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) и др. При установлении норматива качества принимается во внимание его соответствие определенным потребительским качествам водного объекта, предназначенного для конкретного вида использования, в идеале предполагаются экологические нормативы. На этом принципе базируются система ПДК-ПДС, действующая в России и аналогичные системы нормирования в странах СНГ и ряде других государств.
Исторически сложилось, что нормативы качества поверхностных водных объектов в России и большинстве стран мира устанавливались, исходя из пригодности использования поверхностных водных объектов для нужд питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения; рыбного хозяйства и других утилитарных целей. Такой подход рационален, но рассматривает водные объекты исключительно как резервуар с полезным ископаемым - водой, практически игнорируя в явной или завуалированной форме их экосистемное значение и в первую очередь потребности биотических составляющих водных и околоводных экосистем.
Теоретически защиту биотической составляющей должны обеспечить жесткие рыбохозяйственные ПДК, единые для всей страны. Они по своей сути наиболее близки к экологическим нормативам, и формально нормирование в РФ базируется на жестком экологическом подходе. Но при этом не принимаются во внимание региональные особенности формирования качества воды, фактическое состояние (в том числе гидробиоты) водного объекта, его техногенной истории, технико-экономические показатели производств, связанных с использованием водных ресурсов и т.д..
Остановимся подробней на этой системе нормирования, единственной реально используемой для регламентации поступления загрязняющих веществ в водный объект в России и закрепленной в нормативных документах. На базе санитарно-гигиенических или рыбохозяйственньгх ПДК разрабатываются нормативы предельно допустимых сбросов (ПДС) вредных веществ в поверхностные водные объекты. ПДС - это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта, с установленным режимом в единицу времени с целью обеспечения нормативного качества воды в контрольном створе.
Оценка поступления загрязняющих веществ в водные объекты из различных источников загрязнения
Нормированию подлежит в первую очередь поступление загрязняющих веществ, поэтому особое внимание при анализе водохозяйственной ситуации необходимо уделять информации об источникам загрязнения. При этом юридические и физические лица, владельцы объектов и территорий, занимающиеся хозяйственной деятельностью и осуществляющие сброс сточных вод (точечный и диффузный) в водные объекты, относятся к прямым или косвенным водопользователям.
При недостатке сведений, необходимых для нормирования по существующей статистической отчетности, архивным и ведомственным материалам, проводится инвентаризация источников загрязнения. Инвентаризация источников загрязнения является обязательным этапом работ в циклическом процессе нормирования, установления нормативов и целевых показателей качества вод, определения приоритетных источников загрязнения. В процессе инвентаризации источников загрязнения целесообразно использовать положения и принципы ГОСТ Р-ИСО 14040 «Управление окружающей средой. Оценка жизненного цикла. Принципы и структура», адаптированные к поставленным задачам.
Очень важным моментом является установление реального соотношения объемов сточных вод и масс загрязняющих веществ поступающих от различных типов источников загрязнения, дифференциация их по степени управляемости и вкладу в формирование качества воды в лимитирующие периоды и сезоны.
Точечными источниками загрязнений являются преимущественно декларируемые выпуски предприятий, детализация их данных производится по стандартным схемам. Особое внимание при инвентаризации следует уделять учету сезонной изменчивости качественных и количественных характеристик сточных вод. В частности установлено, что концентрация загрязнений в коммунальных сточных водах в течение года подвержены значительным колебаниям, соотношение концентраций между сезонами может составлять более 1,8. По данным 1994-2000 гг. в Самаре годовой расход сточных вод имеет два максимума, связанные с весенним снеготаяньем и осенними дождями, а также летний минимум. Колебания концентраций БПК и фосфатов в течение всего года четко обратно пропорциональны объему сточных вод (влияние хозбытовых стоков). Динамика изменения аммонийного азота обратно пропорциональна расходу стоков в течение всего года, кроме летнего периода и конца года, из-за содержания аммонийного азота в промышленных водах. В период отпусков и в конце года отношение бытового стока к промышленному падает и определяющим фактором становится промышленность [Степанов и др., 2001].
С количественной и качественной оценкой диффузного загрязнения ситуация существенно сложней. Источниками диффузного загрязнения водных объектов, оказывающими значимое воздействие на качество вод, могут являться: селитебные территории (населенные пункты городского и сельского типа) с расположенными на них объектами; промышленно-урбанизованные территории; территории, занятые техногенными образованиями; сельскохозяйственные угодья; сельскохозяйственные территории производственного назначения; осушаемые земли (торфоразработки и т.д.); территории, используемые для рекреации (пляжи, места отдыха и т.д.).
Диффузные источники загрязнения контролировать сложно, что и объясняет наличие весьма небольших баз данных по ним. По ряду загрязняющих веществ -биогенным элементам, тяжелым металлам, нефтепродуктам - эти источники являются доминирующими в индустриальных и индустриально-аграрных регионах. Несмотря на нестационарность и кратковременность функционирования они привносят в водные объекты широкий спектр загрязняющих веществ, иногда на порядки превышающие массу веществ, выносимых со сточными водами точечных стационарных выпусков.
Специальные исследования, проведенные по р. Дунай, показали, что в загрязнении главной водной артерии Центральной Европы рассредоточенные источники играют немалую роль: 60% общей нагрузки по азоту и 44% - по фосфору обусловлено неточечными источниками [Environmental Programme.., 1994). При таких пропорциях водоохранные мероприятия, ориентированные в основном на очистку стоков коммунально-бытовых и промышленных предприятий, даже при огромных финансовых затратах не сможет обеспечить заметного улучшения качества воды.
Основной трудностью при оценке ЗВ, выносимых диффузными источниками загрязнения, является отсутствие информации о них. Проблема определения объема и состава диффузных источников загрязнения изучается довольно давно [Влияние леса... 1986; Защита.., 1989; Восстановление и охрана.., 1989; Малые реки.., 1998; Борисова, 2000; Маркин, Горбачева, 2001], но окончательно не решена. Натурные измерения для оценки массы загрязняющих веществ с этих источников весьма трудоемки и в современной практике сочетают натурные наблюдения с расчетными методами. Однако приоритет все-таки сохраняется за натурными данными, так как от их точности и полноты зависит уровень математического описания функционирования источника и степень неизбежных упрощений большинства сложных процессов, определяющих динамику поступления загрязняющих веществ. Методам, позволяющим оценить вклад диффузных источников загрязняющих веществ в формирование качества природных вод, посвящено множество публикаций, наиболее полное их обобщение и анализ представлены в [Михайлов, 2000]. Однако следует отметить, что точность практически всех методов еще очень далека от требуемой. Диффузное загрязнение водоемов практически не поддается прямому контролю и ограничению. В связи с этим на практике в большинстве случаев целесообразней использовать упрощенные модели, основанные на уравнении баланса массы вещества в самом водном объекте.
Анализ подходов, предлагаемых в действующих «Методических указаниях по расчету платы за неорганизованный сброс загрязняющих веществ в водные объекты» (1998) показал, что предлагаемые для расчета концентрации имеют явно завышенный вид, что объясняется основной целью разработки таких указаний - дополнительный источник платежей в бюджеты различного уровня.
Промышленно-урбанизованные и селитебные территории, располагающиеся вдоль водных объектов, представляют собой сплошную зону диффузного загрязнения. Функционирование диффузных источников загрязнения существенно отличается во внутригодовом разрезе. Для них характерна нестационарность действия при относительно высокой интенсивности в течение коротких промежутков времени. Поверхностный сток складывается из двух качественно и количественно разнородных составляющих - дождевых и талых вод.
Современные подходы к оценке экологического состояния водного объекта
Точка отсчета 1995 г. соответствует наибольшему снижению производства в России, связанного с изменениями государственной политики во всех сферах жизни общества и началом структурной трансформации промышленного сектора экономики. Данные этого периода по гидрохимическим показателям соответствуют новому положению дел и отношению водопользователей к проблеме охраны природы.
В идеале статистической обработке следует подвергнуть данные за последний замкнутый цикл водности. В то же время условный фон по данным 60-х годов - некая отправная черта, полезная для сравнительной оценки, ретроспективного анализа причин и степени деградации водной и околоводных экосистем, поиска тенденций в их трансформации и выборе достижимых величин при установлении нормативов. В большинстве случаев природный или условный фон, отвечающий современному состоянию, следует принимать по данным многолетних наблюдений с 1995 г.
Проблема выбора фоновых створов и зоны действия фоновых показателей, определенных по ним, также далека от общеприемлемого решения. Теоретически масштаб LR определяется, исходя как из почвенно-геохимической неоднородности водосборной территории, так и гидрохимического режима водного объекта, обусловленного также особенностями климата, гидрогеологии и других факторов. Природный гидрохимический режим поверхностного водного объекта в принципе идентичен режиму другого водного объекта, расположенного в той же ландшафтно-геохимической зоне, что позволяет использовать материалы водных объектов - аналогов в пределах этой зоны или экорегиона.
Обычная практика установления естественных фоновых концентраций базируется на оценке качества воды участков рек, не подверженных или минимально подверженных антропогенному воздействию. Ненарушенные реки - редкое явление. Водотоки, которые сохранили свое естественное состояние и могли бы служить эталоном для сравнения, представляют собой либо небольшие реки, либо верховья крупных рек или притоки 3-4 порядков, либо реки с большим уклоном и холодной водой. Те и другие резко отличаются, например, от равнинных рек с небольшими уклонами и сравнительно теплой водой. Створы в верховьях рек или на их небольших притоках не отражают фоновых значений показателей в створах, расположенных в среднем или нижнем течении крупных рек.
Для крупных рек или их участков при отсутствии информации за условно ненарушенный период оценку фонового режима можно получить при количественном учете потоков загрязняющих веществ, поступающих выше по течению от контролируемых и неконтролируемых источников, и степени их трансформации в водной среде (баланс масс). Однако такие расчеты весьма грубы, поскольку связаны с большой неопределенностью при количественной оценке потока загрязнений от неконтролируемых источников как антропогенного, так и природного происхождения (внутриводоемные процессы и т.д.). В связи с этим фоновые концентрации для крупных рек, особенно зарегулированных водохранилищами многолетнего и сезонного регулировании, с водосбором пересекающим несколько физико-географических зон или провинций всегда будут носить условный характер. В данном случае в качестве фона, по-видимому, следует принимать осредненную величину сложившегося качества воды, без выделения антропогенной и природной составляющей с последующими регулярными уточнениями в процессе мониторинга.
Остановимся на определении фоновых показателей единых для территориального природного или природно-хозяйственного комплекса, характеризующего едиными условиями формирования качества воды и едиными количественными значениями гидрохимических показателей, определяющих качество и биологическую полноценность водного объекта. Идея определения фоновых показателей и их естественного диапазона по единому перечню контролируемых ингредиентов для экорегиона сформулирована Земцовым В.А. [Земцов и др., 2000]. В настоящей работе выполнено дальнейшее развитие этой идеи и конкретизация для целей регионального нормирования.
В главе 3 подробно описана процедура районирования бассейнов крупных или средних рек по комплексу гидрохимических показателей. Каждый выделенный район характеризуется определенным диапазоном концентраций основных показателей качества вод. Установление единых природных фоновых значений по нормируемым гидрохимическим показателям для каждого района производится следующим образом.
Естественным фоном для местного стока считаются осредненные за многолетний период показатели и концентрации, относящиеся к отдельным гидрологическим сезонам. Величина природного фона определяется для некоторой совокупности фоновых створов в границах района. В данную совокупность предлагается априорно включить все пункты мониторинга (Росгидромет, МПР России, водопользователей и т.д.), расположенные в данном районее. Многие посты мониторинга как Росгидромета, так и ведомственные, как правило, имеют небольшую продолжительность наблюдений, поэтому региональные фоновые концентрации рекомендуется определять по последовательно укрупняемым выборкам.
Внутри каждого района определяется реперный пост мониторинга, расположенный на участке с самым минимальным влиянием хозяйственной деятельности и имеющий относительно большой период наблюдений. Желательно чтобы по пункту имелись гидробиологические данные, подтверждающие благополучие экосистемы. Остальные пункты наблюдения проверяются на однородность по отдельным ингредиентам с данными по реперному посту. Анализ однородности гидрохимических рядов проводится для каждого сезона отдельно по непараметрическому критерию Вилкоксона. Для ускорения проверки и единого подхода была разработана вспомогательная программа расчета на ПЭВМ. При однородности данных последние включаются в общую выборку, увеличивая массив данных.
Фоновые концентрации определяются как средние из общей выборки по району. Расчет значений фоновых показателей по полученным статистическим выборкам производится в соответствии с приведенными выше подходами.
Если гидрохимические данные по части пунктов, принадлежащих к одному району, неоднородны с рядом реперного поста более, чем по трети из контролируемых показателей, производится дополнительный географический анализ. При наличии географической упорядоченности неоднородных пунктов и однородности их гидрохимических рядов между собой они могут быть выделены в отдельный район. Последовательность определения фоновых показателей для уточненных районов идентична вышеприведенной.
Полученные величины природного или условно природного фона служат основой при установлении региональных нормативов, отвечающих биоцентрическому приоритету использования и охраны водных ресурсов, оценке фактического состояния водного объекта и т.п.
Основные проблемы при разработке нормативов ПДВВ
Загрязнение поверхностного стока является интегральной характеристикой общего состояния той части водосбора, на которой он сформировался, т. е. физико-химические показатели поверхностных вод в косвенной форме учитывают поступление вредных веществ на поверхность водосбора и в его гидрографическую сеть в любом виде.
Поэтому на первом этапе расчета нормативов ПДВВ достаточно определить норматив привноса загрязняющих химических веществ. Нормативы ПДВВ устанавливаются, исходя из предельно допустимой величины антропогенной нагрузки на водные объекты, длительное воздействие которой не приведет к изменению экосистемы водного объекта, и предельно допустимой массы вредных веществ, которая может поступить в водный объект и на его водосборную площадь. Предельно допустимая величина нагрузки и предельно допустимая масса вредных веществ устанавливаются на основе нормативов качества окружающей среды (применительно к водному объекту нормативов качества водного объекта),
Под предельно допустимой антропогенной нагрузкой (ПДН) по гидрохимическим показателям понимается количество загрязняющего вещества, поступающее в водный объект в единицу времени, которое может быть ассимилировано этим водным объектом без ущерба для его экосистемы. Гидрохимическая составляющая ПДН совпадает с суммарной величиной ПДС для водного объекта или его участка, определенных с соблюдением бассейнового принципа (бассейновые ПДС), для точечных и диффузных источников загрязнения антропогенного происхождения.
Нормативы ПДВВ, основанные на нормативах качества воды водных объектов и/или целевых показателях, должны не радикально изменить систему ПДК-ПДС, а дополнить и развить возможности этой системы для ликвидации имеющихся недостатков в нормировании.
Нормативы качества водного объекта отвечают оптимальному на современный период функционированию водной экосистемы и установленных с учетом вида целевого использования водного объекта, региональных особенностей гидрохимического состава природных вод и реальной социально-экономической ситуации (см. главу 2). Касательно непосредственно их роли при расчете нормативов ПДВВ следует подчеркнуть следующее.
При экологическом подходе к определению допустимых нагрузок загрязняющими веществами учитывается влияние вредных факторов не на отдельный организм, а на реакцию биоценоза и экосистемы в целом. Главным критерием выступает стабильность (устойчивость) системы, т.е. для каждой экосистемы должны быть выявлены собственные критерии качества природной среды, зависящие от экологического резерва и экологических возможностей региона.
Естественное состояние водного объекта, его экологическое равновесие сохранится в случае колебания концентраций загрязняющих веществ, присутствующих в природных водах или получивших глобальное распространение, в пределах наблюдаемого среднемноголетнего диапазона изменения его концентраций. Границы диапазона соответствуют условиям, когда экосистема под действием внешней нагрузки не выходит за пределы устойчивости, сохраняется ее гомеостазис, и при снятии внешней нагрузки возможен возврат к существовавшей до воздействия норме.
В пределах гидрохимического диапазона (как и диапазона гидрологического температурного и других природных процессов) в естественных и частично измененных условиях возможны экологические модуляции, т.е. такая перестройка биоценоза, которая не изменяет общего уровня организации экологической системы. Она может выражаться в смене доминантных видов, в частичном изменении видового состава биоценоза, что в принципе является нормальным сукцессионным процессом и допустимо для большинства водных объектов. В то же время для уникальных эндемичных водных экосистем (особо охраняемые водные объекты) экологические модуляции чаще недопустимы и нежелательны.
Недостаточно рассматривать нормативы качества воды только как природно-обусловленные диапазоны концентраций растворенных веществ. Под влиянием антропогенеза происходят серьезные изменения, которые проявляются в смещении диапазона колебаний отдельных показателей. Но водохозяйственная деятельность осуществляется и в измененных условиях, что необходимо учитывать при нормировании качества воды. В связи с глубокими изменениями состояния водных объектов и невозможностью существенно снизить антропогенные нагрузки подразумевается необходимость введения временных норм (целевые показатели), что обуславливает и изменение подходов к установлению верхней границы допустимого (желательного) гидрохимического диапазона. Непревышение значения верхней границы гарантирует с определенной вероятность сохранение нормального функционирования существующей водной экосистемы и является максимально допустимой концентрацией - Сдк.
Следовательно, установление верхней границы допустимого гидрохимического диапазона или другими словами допустимой концентрации Сдк, обеспечивающей нормальное или максимально достижимое состояние водной экосистемы при удовлетворении основных хозяйственных потребностей социума, определяется текущим состоянием водного объекта, принятым нормативом качества для него, естественной изменчивостью, приоритетом хозяйственного использования и технико-экономическими возможностями водопользователей.
Установление нормативов качества водного объекта (Сн) и максимально допустимой нормы воздействия (допустимая концентрация Сдк) производится на основе концепции экологической толерантности - для любой экологической системы находятся такие пределы изменений экологических факторов, при которых сохраняют стабильность ее главные индикаторные признаки, выраженные через биологические показатели. Пределы экологической толерантности равны границам, внутри которых состояние экосистемы можно считать нормальным или близким к оптимальному.
Определение диапазона гидрохимического оптимума по каждому из характерных нормируемых ингредиентов производится на уровне расчетных участков с учетом природно обусловленного фона. Определение фоновых показателей и их статистических параметров производится по совокупности данных мониторинга за многолетний период наблюдений в соответствии с перечнем приоритетных показателей загрязняющих веществ (см. главы 3 и 4).
Нормативы качества водного объекта по отдельным гидрохимическим показателям (Сн) равны средним значениям диапазона, в пределах которого сохраняется экологическое благополучие водного объекта, подтвержденное гидробиологическими данными, и удовлетворение требований по приоритетным видам использования. Априорно принимается, что экологическое благополучие водного объекта наличествует только в том случае, если в течение большей части времени (не менее 50% расчетного интервала) абиотический фактор (концентрации) имеет значения близкие к нормативу качества воды, т.е. среднему.
Другими словами в основном нормативы качества водного объекта соответствуют усредненным условиям функционирования водной экосистемы - средним значения фона по каждому ингредиенту - , за исключением случаев установления нормативов качества на уровне ПДК приоритетного вида использования и/или на уровне краткосрочного целевого показателя, при особенностях местной гидрохимической ситуации.
