Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ исследований в области комплексных оценок качества поверхностных вод 13
1.1 Современное состояние исследований в области оценки качества поверхностных вод 13
1.2 Обзор методов оценки качества поверхностных вод 17
1.3 Верификация отдельных методов комплексной оценки качества поверхностных вод на натурных данных 36
1.3.1 Опыт экспериментального сравнения некоторых методов комплексной оценки качества поверхностных вод 40
1.3.2 Сравнительный статистический анализ некоторых методов комплексной оценки качества поверхностных вод 42
1.3.3 Сравнительный графический анализ некоторых методов комплексной оценки качества поверхностных вод 47
1.4 Выводы по главе 52
2 Методология комплексного оценивания качества поверхностных вод 54
2.1 Термины и определения 54
2.2 Систематизация ингредиентов и показателей качества поверхностных вод в гидрохимических исследованиях 57
2.3 Основные разновидности относительных показателей комплексной оценки качества поверхностных вод 58
2.4 Методологическая схема построения комплексных оценок 69
2.4.1 Постановка задачи оценки ; 70
2.4.2 Обоснование метода комплексной оценки 74
2.4.3 Конструкция метода 78
2.4.4 Результирующие оценки 88
2.5 Рекомендации по использованию комплексных оценок 94
2.6 Результирующие оценки и выводы 91
2.7 Выводы по главе 98
Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям 100
3.1 Общие положения 101
3.2 Основные принципы метода 102
3.3 Система формализованных показателей комплексной оценки 104
3.4 Конструкция метода 111
3.4.1 Подготовка исходной информации 113
3.4.2 Оценка комплексности загрязненности воды 116
3.4.3 Относительная покомпонентная оценка загрязненности поверхностных вод 120
3.4.4 Интегральная оценка степени загрязненности воды водных объектов 129
3.4.5 Классификация качества поверхностных вод по степени загрязненности комплексом ингредиентов состава и свойств воды 131
3.4.6 Комплексная оценка качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям 136
3.5 Техника расчета показателей комплексной оценки загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям 141
3.6 Выводы по главе 148
4 Практическое приложение результатов разработок по комплексному оцениванию загрязненности поверхностных вод 149
4.1 Рекомендации по применению метода комплексной оценки 149
4.2 Перспективные направления использования показателей комплексной оценки 150
4.3 Примеры ручной обработки гидрохимической информации с целью получения комплексных оценочных характеристик 155
4.4 Техника реализации метода на данных химического анализа проб воды 164
4.5 Апробация метода 164
4.6 Выводы по главе 165
5 Комплексная оценка качества поверхностных вод тихоокеанского гидрографического района по гидрохимическим показателям за 2002Г 167
5.1 Бассейн р. Амур 167
5.1.1 Река Амур 172
5.1.2 Притоки р. Амур (без бассейна р. Уссури) 184
5.1.3 Бассейн р. Уссури 193
5.2 Реки бассейна Японского моря 198
5.3 Реки о. Сахалин 202
5.4 Реки полуострова Камчатка и побережья Охотского моря 207
5.5 Выводы по главе 214
Выводы по работе 215
Список литературы
- Верификация отдельных методов комплексной оценки качества поверхностных вод на натурных данных
- Основные разновидности относительных показателей комплексной оценки качества поверхностных вод
- Система формализованных показателей комплексной оценки
- Перспективные направления использования показателей комплексной оценки
Введение к работе
Актуальность темы. Вода является важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используется и охраняется в Российской Федерации в соответствии с Водным кодексом как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории [13]. Оптимальное решение задач, стоящих перед водным хозяйством страны, невозможно без объективной информации о состоянии водных ресурсов, без разработки, внедрения и совершенствования способов, научно обоснованных технологий обработки, анализа и обобщения аналитических данных о химическом составе поверхностных вод, без оценки качества вод.
Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в стране накоплен и продолжает пополняться значительный объем аналитических данных о загрязнении поверхностных вод. Ежегодно в сети Росгидромета получают данные примерно по 1 200 водным объектам, анализируется около 25 000 проб воды, в которых выполняется около 600 000 определений по 133 параметрам качества воды. Информацию о химическом составе поверхностных вод получают и в ряде других ведомств, при проведении специальных научных исследований и т.д. Чтобы сделать получаемую при этом разнообразную объемную информацию доступной для восприятия различным водоохранным органам, организациям, специалистам и широкой общественности, необходимы методы и процедуры оценки качества вод, позволяющие на высоком профессиональном уровне, научно обоснованно переработать ее и преобразовать в более простые, понятные формы с целью получения интегральной оценки качества поверхностных вод. При этом необходимы как оценки загрязненности поверхностных вод, их качества для различных видов водопользования, экологического состояния водных объектов, так и наличие научно обоснованной системы оценки качества водных ресурсов.
При анализе и оценке качественного состояния, экологического благополучия водных объектов возникает множество вопросов, связанных с их многокомпонентностью, сложностью взаимодействия отдельных элементов, разнообразием протекающих в водной массе процессов, значительной изменчивостью под влиянием естественных и антропогенных факторов, различием в испытываемых нагрузках и условиях использования и т.д. Комплексный, межведомственный, а в ряде случаев и межгосударственный характер использования водных ресурсов, сложность решения и масштабность проблемы их действенной охраны, обуславливают актуальность и народнохозяйственную значимость вопросов, связанных с разработкой методологических основ оценки качества природных вод. Основной принцип оценки качества природных вод, официально утвержденный и уже длительное время повсеместно используемый в водоохранной практике Российской Федерации, состоит в сопоставлении значений параметров состава и свойств исследуемой воды с нормативными значениями, приведенными в соответствующих стандартах и Правилах охраны [112,108,118,19]. Однако, учитывая то, что с каждым годом в поверхностных водах возрастает количество определяемых ингредиентов и показателей ее качества, увеличивается число химических веществ, к которым предъявляются нормативные требования, и то обстоятельство, что на здоровье человека и на удовлетворение его жизненных потребностей в любых проявлениях оказывают воздействие не столько отдельные химические вещества, содержащиеся в поверхностных водах, сколько комплекс веществ, одновременно присутствующих в воде водных объектов, весьма актуальной проблемой на текущий момент является оценка качества поверхностных вод не только по отдельным загрязняющим веществам, но и по их комплексам. Необходимы комплексные оценки загрязненности вод, интегрирующие всю необходимую совокупность признаков, характеризующих качественное состояние водных объектов, всесторонне учитывающие эффект совместного присутствия различных химических веществ и воздействие многих других факторов на качество воды водных объектов. В настоящее время потребность в работах, содержащих оценки, непрерывно растет. Комплексное оценивание качества природных вод становится обязательной чертой большинства гидрохимических работ. Разработка методологических аспектов комплексной оценки загрязненности и качества поверхностных вод, конкретных методов оценки позволит получить с одной стороны научно обоснованный, с другой стороны удобный, доступный для понимания и восприятия, достаточно точный инструмент для принятия обоснованных решений в наиболее сложных и ответственных экологических ситуациях.
Цель работы. Разработка отдельных методологических положений комплексного оценивания загрязненности и качества поверхностных вод по гидрохимичесим показателям. Разработка метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
Задачи исследований. Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
• Проанализировать и обобщить проблемы комплексной оценки загрязненности и качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям, а также термины и определения в этой области.
• Систематизировать совокупность ингредиентов и показателей качества поверхностных вод в гидрохимических исследованиях с учетом относительных показателей.
• Сформулировать и охарактеризовать необходимые этапы и элементы процедуры получения комплексных оценок.
• Разработать и апробировать метод интегральной количественной оценки загрязненности поверхностных вод по комплексу гидрохимических показателей.
• Разработать и апробировать подход к классификации качества поверхностных вод по комплексу оцениваемых загрязняющих веществ. Предмет исследований составляют способы и технологии комплексной оценки загрязненности и качества поверхностных вод по гидрохимическим параметрам. Экспериментальное подтверждение проводимых исследований проведено по 25 загрязняющим поверхностные воды страны веществам.
Объект, исходные материалы и методы исследований: объектом исследований являются водные объекты на территории Российской Федерации. Работа выполнена в соответствии с тематикой исследований гидрохимического института за 1990 - 2005 гг. В основу исследований положены многолетние натурные данные о химическом составе поверхностных вод режимного мониторинга, осуществляемого государственной службой наблюдений (ГСН) Росгидромета.
Для достижения поставленной в работе цели использовались методы логического анализа, машинные и экспертные способы контроля гидрохимической информации, стандартные методы математической статистики, картографический метод исследования. Для количественной обработки аналитической информации подготавливались пакеты программ для ПК.
Научная новизна работы заключается в том, что:
• Разработан ряд понятий, терминов и определений для гидрохимических исследований в области комплексного оценивания загрязненности поверхностных вод;
• Выделена как особый вид гидрохимической информации, составляющий основу оценочных исследований в гидрохимии систематизирована и охарактеризована группа относительных показателей загрязненности и качества поверхностных вод;
• Разработана методологическая схема построения комплексных оценок загрязненности и качества поверхностных вод.
• Впервые предложен способ количественного обоснования целесообразности выбора комплексного или дифференцированного подходов к оценке загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям;
• Предложен способ количественного обоснования выделения приоритетных загрязняющих веществ в конкретных условиях, сложившихся на исследуемом водном объекте;
• Разработан новый метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям;
• Разработан метод классификации качества поверхностных вод по степени их загрязненности комплексом загрязняющих веществ;
На защиту выносятся следующие положения:
• Систематизации ингредиентов и показателей качества поверхностных вод с выделением группы относительных показателей, как основы оценочных
• Методология построения комплексных оценок качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям;
• Новый метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям;
• Комплексная оценка качества поверхностных вод Тихоокеанского гидрографического района по гидрохимическим показателям за 2002г. Совокупность полученных результатов и положений, выносимых на защиту,
решает задачи, имеющие существенное значение для развития исследований по комплексному оцениванию качества поверхностных вод.
Достоверность полученных результатов основывается на выборе адекватных объекту технологий оценивания и использовании известных и хорошо апробированных математических методов обработки аналитических данных по химическому составу воды водных объектов.
Достоверность данных, получаемых методом комплексной оценки, подтверждается данными, полученными на тех же водных объектах традиционными методами обработки.
Практическая значимость работы характеризуется тем, что полученные в диссертации результаты используются для усовершенствования существующей системы мониторинга качества поверхностных вод страны, повышения ее эффективности.
Предложенные разработки по методологии комплексного оценивания и разработка нового метода способствует формированию целостного подхода к комплексному оцениванию загрязненности поверхностных вод и более системному развитию дальнейших исследований в этой области.
На основе разработанного в диссертации метода подготовлен, утвержден и внедрен в системе Росгидромета руководящий документ по созданию методической основы обработки данных режимных наблюдений государственного мониторинга водных объектов за химическим составом поверхностных вод страны РД 52.24.643.-2002 «Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям» [115].
Разработанная система комплексной опенки в. течение 1990 — 2005 гг. использовалась ГХИ при выполнении ряда тем плана НИР Росгидромета. Реализация основных положений, выводов работы осуществляется в рамках раздела ФТЩ—ЗхсСовернтенствование технологий мониторинга загрязнения природной среды для повышения эффективности природоохранной деятельности. Проект (3.4) «Разработка и внедрение в практику новых технологий мониторинга загрязнения природной среды и оценки ее состояния в целях повышения эффективности природоохранной деятельности».
С 1990 г. по настоящее время метод используется при подготовке Ежегодников «Качество поверхностных вод Российской Федерации» и «Обзоров загрязнения окружающей природной среды Российской Федерации», издаваемых Росгидрометом.
Результаты исследований внедрены также при выполнении хоздоговорных работ по оценке загрязненности поверхностных вод Башкирии, трассы БАМ, бассейна р. Дон, зон влияния Астраханского газоконденсатного комплекса и др.
Основные положения используются в лекционных курсах НГМА на кафедре мелиорации и охраны вод с 1998 г., ЮРГТУ(НПИ) на кафедре «Инженерная экология и защита окружающей среды» при подготовке спецкурса «Экологическая экспертиза. ОВОС и сертификация» с 2003 г.; на совещаниях руководителей территориальных управлений Росгидромета (г. Москва, 1980, 1984, 2002 г.); на семинарах представителей ЦМС Росгидромета (г. Ростов-на-Дону, 2003, 2005 гг.).
Апробация работы, основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: 26 - 29 Всесоюзных гидрохимических совещаниях в городах Новочеркасск (1975, 1978 гг.), Ростов-на-Дону (1984. 1987 гг.), конференциях «Современное состояние и перспективы развития системы наблюдений, контроля и оценки качества поверхностных вод» (г. Новочеркасск, 1977 г.); «Научные и практические аспекты охраны природной среды в Пермской области» (г. Пермь, 1978 г.); «Оценка и классификация качества поверхностных вод для водопользования» (г. Харьков, 1979 г.); VI Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам самоочищения водоемов и регулирования качества воды (г. Таллин, 1979 г.); конференции «Вопросы формирования природных вод в условиях антропогенного воздействия» (г. Ростов-на-Дону., 1980 г.); конференции «Прогноз состояния и управления качеством окружающей среды в районах промышленных узлов» (г. Пермь, 1980 г.); I Всесоюзном симпозиуме «Проблемы аналитики воды - 81» (г. Одесса, 1981 г.); 2 международном симпозиуме по геохимии природных вод (СССР, г. Ростов-на-Дону, 1982 г.); Всесоюзной конференции «Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов Европейского Севера НЯ ППИМРПР ПРИ" СйПРППJnVtUrwnrn farrPUVfHS\ (г АпХЯиГРПиГК 1QRR Г V НЯ\ДНО координационном совещании «Мониторинг природной среды в бассейне Аральского моря» (г. Ташкент, 1990 г.), XXX Юбилейном гидрохимическом рппртяинн и г A arm /900 г Л
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Заслуженному деятелю науки и техники России, члену-корреспонденту РАН, д.
работе, а также доценту ЮРГТУ (НПИ), к.х.н. Даниловой Г. Н., заведующему лабораторией региональных исследований и прогнозирования качества вод, к. х. н. Клименко О. А. за многолетнее сотрудничество по данной тематике. Автор искренне признателен за постоянное содействие в проведении исследований и # всестороннюю поддержку в работе над диссертацией заместителю директора Гидрохимического института, к. х. н. Мининой Л. И., в. н. с. ГХИ. к. х. н. Лобченко Е. Е, заведующему группой научно-методического обеспечения выходными информационными документами ГХИ Акавцу А. А..
Верификация отдельных методов комплексной оценки качества поверхностных вод на натурных данных
Сравнить результаты практических оценочных исследований, выполненных с помощью разных методов оценки, крайне сложно. Какова причина расхождения результатов расчетов по ряду наиболее распространенных методов, каков уровень этих расхождений, какова правомерность и целесообразность использования в гидрохимической практике того или иного метода пытались установить в разное время многие исследователи.
Bolton Р. с соавторами в 1978 г. провели детальное сопоставление результатов расчетов индексов качества воды, выполненных по шести методам на основании натурных данных для конкретных водных объектов [138]. Затем полученные значения сравнили с экспертной оценкой. Комплексные показатели рассчитывались на основании 93 проб, в которых определялись 12 параметров. Группу экспертов составляли опытные работники ведомств, занимающихся охраной рек в Шотландии. Пробы охватывали широкий диапазон качества вод. Анализ ответов экспертов показал значительные расхождения во мнениях. В результате выполненной работы Bolton R. с соавторами делают вывод о том, что надежного механизма для сравнения методов с целью установления адекватности формализованных оценок нет и надо продолжать поиски новых критериальных форм для их сопоставления, не полагаясь только на субъективные мнения экспертов.
Позже подобные исследования выполняли в разное время Landwehr J. (1976), Dunnete D. (1979), Klarich A. (1979), Lasckombe С (1984), Smith D. (1989), Bilgrami R. (1993) и др. Для обобщения результатов опроса экспертов в этих работах применялись статистические методы обработки, что позволило более достоверно устанавливать порядок согласованности различных методов оценки качества вод и оценивать степень их соответствия экспертным оценкам, корреляцию между отдельными методами, степень расхождения разные и т. д.
Сравнение поэлементных оценок качества вод экспертами из трех стран (США, Англии, Бразилии) с расчетными значениями индекса качества воды, проведенное Deininger R. в 1984 г., обнаружило хорошее согласование ИКВ со средними оценками английских экспертов за исключением некоторых расхождений в пробах с плохим качеством воды. Не обнаружено также существенного статистического различия между средними оценками экспертов США и Англии; между расчетными значениями ИКВ и мнением американских экспертов. В диапазоне вод плохого качества отмечались расхождения с оценками Бразильских экспертов [140].
Stojda A., Dojlido U., Woyciechowska J. в 1986 г. на основе практического использования 670 результатов анализа воды рек бассейна р. Висла провели тщательное сопоставление результатов оценки качества воды в соответствии разработанной ими концепции индексации с ранее полученными оценками качества воды в Польше и выработали условия их сопоставления в многолетнем плане [143].
Вопросам методологии процедуры сравнения комплексных показателей качества воды посвящена работа Львова В. А., Гурария В. И., Белогурова В. П. [80]. Ими предлагается производить сравнение отдельно для поэлементных и общих оценок по набору некоторого числа тестов. Обсуждая применяемые в этой области системы тестирования, авторы признают, что они могут быть различными. Чаще в качестве эталона используются экспертные процедуры. Однако критерии сравнения могут носить и более объективный характер (например, общепризнанные соотношения между сравниваемыми парами).
Для обеспечения корректности процедуры сравнения этими авторами предложен критерий эффектности комплексных показателей, который вычисляется по результатам тестирования. Теоретические положения применяются затем для практического сравнения оценок качества поверхностных вод, рассчитанных разными методами. Например, сравнение двух комплексных показателей - коэффициента загрязненности (КЗ) Белогурова В. П. [6] и индекса загрязненности воды, используемого в системе Росгидромета проведенное с помощью метода ранговой корреляции, по мнению авторов показало более высокую достоверность КЗ, что, однако, не согласуется с выводами экспертов.
.Для уточнения выводов по смысловому экспертному сравнению наиболее используемых в гидрохимической практике нашей страны методов комплексной оценки загрязненности поверхностных вод, а также для количественного определения адекватности оценок, практической значимости методов и перспектив их внедрения в разнообразных по условиям формирования, характеру и мощности антропогенного воздействия на качество поверхностных вод автором данной работы совместно с Родзиллером И. Д., Даниловой Г. Н., Василенко А. В. на основе натурных данных выполнено статистическое сравнение отдельных методов оценки загрязненности поверхностных вод [104,126].
Из общего числа рассмотренных методов оценки качества поверхностных вод, в основу которых положены, в основном, гидрохимические показатели, для статистического анализа были выбраны наиболее доступные в использовании и уже нашедшие применение на практике 5 методов оценки качества вод: классификация водоемов по химическим, бактериологическим показателям и физическим свойствам Драчева С. М. [29]; единые критерии и нормативы чистоты поверхностных вод и принципы их классификации СЭВ [34]; система нормативов качества воды водных объектов [108, 118, 19], объединенная по принципу максимизации требований; общесанитарный индекс качества вод Гурарий В. И., Шайн А. С. [64, с.24-33]; индекс специфических загрязняющих веществ Гурарий В. И., Шайн А. С. [135].
Основные разновидности относительных показателей комплексной оценки качества поверхностных вод
Может быть разработано большое количество различных относительных показателей в зависимости от их физического смысла, степени формализации, формы выражения, размерности и пр. В сложной иерархии характеристик химического состава и свойств поверхностных вод относительные показатели загрязненности и качества несут в себе элементы оценки либо полностью ассоциируются с классом оценок. Значительная часть относительных показателей в той или иной мере являются оценочными. Это четко отличает относительные показатели от показателей измерения. Натуральные характеристики состава и свойств воды, даже самые подробные и точные, не соотнесенные со здоровьем человека, его потребностями и деятельностью, не обладают ни «полезностью», ни «вредностью». Одно и то же состояние воды, характеризуемое одними и теми же значениями натуральных показателей, может быть оценено по-разному в зависимости от того, для кого и с какой целью оно оценивается [100].
В любых оценочных исследованиях оценка чего-либо - это мера отношения к нему. Оценить загрязненность или качество воды водного объекта безотносительно к кому-либо или к чему-либо невозможно. Оценка одного и того же водного объекта, его свойств либо состояния принципиально может быть многозначной, в то время как значение концентрации вещества in situ всегда однозначно. Субъект - объектная сущность оценки и, как следствие, оценочных показателей, к которым относится преобладающая часть относительных гидрохимических показателей, представляет собой наиболее характерную их черту.
Группа относительных показателей широко используется в гидрохимии, но их внедрение пока ограничивается специальными областями применения. Обусловлено это с одной стороны традиционностью подхода, с другой — относительной новизной таких показателей. Явное преимущество применение именно относительных показателей имеет в области логического анализа, а также практического внедрения аналитических материалов.
Как особый вид гидрохимической информации, получаемый путем переработки аналитических данных, относительные показатели качества воды существенно видоизменяют и обогащают первоначальные данные дополнительным содержанием. Спектр позиций, с которых относительные показатели рассматривают и, в той или иной мере, оценивают состояние водного объекта, очень широк. Данное обстоятельство обусловливает большое разнообразие относительных показателей по их физическому содержанию, смысловой нагрузке, структурным особенностям, степени формализации, формам выражения и прочее. Большинство из существующих в настоящее время относительных показателей качества и загрязненности поверхностных вод в гидрохимии можно систематизировать по схеме, приведенной на рисунке 2.2.
С учетом количества отображаемых показателем ингредиентов состава и свойств поверхностных вод выделяются три вида относительных показателей: покомпонентные, групповые, комплексные. По степени обобщения и формализации относительные характеристики можно разделить на четыре подвида: статистические, косвенные, обобщенные, интегральные. Подвиды косвенных и обобщенных относительных показателей характерны для каждого из основных видов и могут встречаться как в покомпонентных и групповых, так и в комплексных оценках. По формам выражения относительные характеристики разделяются на коэффициенты, показатели, индексы, классификации (равно как и типы, ранги, категории и т.д.)
Покомпонентные относительные характеристики отражают загрязненность воды отдельными ее компонентами. Основной принцип оценки качества поверхностных вод, официально утвержденный и повсеместно используемый в водоохраной практике Российской Федерации именно и состоит в сравнении значений концентраций отдельных показателей состава и свойств исследуемой воды с существующими нормативными значениями, приведенными в соответствующих стандартах и Правилах охраны. Покомпонентные относительные показатели позволяют оценить качество воды в виде набора различных характеристик. различным классам. Этот вид относительных показателей имеет низкий уровень обобщения (первый, реже второй) и является традиционным.
Покомпонентные статистические относительные характеристики используются в гидрохимии уже длительное время. Среди статистических характеристик массовое применение имеют такие, как медиана. среднеарифметические, средневзвешенные величины, ошибка средней, дисперсия, коэффициент асимметрии и др. По форме выражения это могут быть как показатели, так и коэффициенты.
Покомпонентные косвенные относительные характеристики появились в гидрохимической практике несколько позднее. К настоящему времени они распространены не менее, чем статистические. К ним относятся, например, кратность превышения ПДК, повторяемость случаев загрязненности воды и др. Они более абстрактны, включают элементы оценки относительно нормативов [106]. Эти показатели легкодоступны, имеют конкретное содержание, чем дополняют и расширяют информационную емкость исходных аналитических данных.
Покомпонентные обобщенныеотносительные характеристики имеют четко выраженную оценочную направленность. В более ранних гидрохимических исследованиях покомпонентные обобщенные относительные характеристики были представлены в виде ранжированных интервалов значений концентраций отдельных ингредиентов либо показателей качества (например, жесткость воды), иногда в виде классификаций. Так, содержание главных ионов оценивалось по степени преобладания (выраженное в эквивалентном отношении) одного из видов главнейших ионов над другими от резко выраженного (выше 44 % экв.) до неявно выраженного (менее 25 % экв.). Для оценки минерализации поверхностных вод при этом использовалась классификация, включающая ряд интервалов ее значений с оценочными характеристиками от «малой» до «очень высокой» [35].
Система формализованных показателей комплексной оценки
Принципиальную основу метода составляет сочетание дифференцированного и комплексного способов оценки качества воды. Методической основой комплексного способа является однозначная числовая оценка степени загрязненности воды водного объекта по совокупности загрязняющих веществ с последующим переходом на классификацию качества воды: — для любого водного объекта в точке отбора проб воды; — за любой определенный промежуток времени; — по любому набору гидрохимических показателей. Стержневыми процедурами при этом являются: — прием приведения аналитической информации о содержании в воде водных объектов загрязняющих веществ к сопоставимым единицам (баллам), что позволяет их сравнивать, суммировать, сочетать и тем самым оценивать степень загрязненности воды водных объектов; — индексация загрязненности поверхностных вод, т.е. придание состоянию загрязненности воды числовой характеристики; — классифицирование загрязненности поверхностных вод.
Конструктивной особенностью метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям является совокупность проводимого детального покомпонентного анализа химического состава воды с последующей интеграцией полученных при этом оценочных составляющих для учета одновременно комплекса наблюдаемых ингредиентов и показателей качества воды.
Структурную основу метода составляет четырехступенчатая классификация загрязненности поверхностных вод, осуществляемая в 2 стадии: на первой — по каждому ингредиенту или показателю воды; на второй — по всему комплексу учитываемых загрязняющих веществ. В качестве норматива при выполнении ведомственных задач
Росгидромета используются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, а также водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно бытового водопользования [112, 108, 118, 19] — наиболее жесткие (минимальные) значения из совмещенных списков, рекомендуемых для подготовки информационных документов по качеству поверхностных вод. Для веществ, на которые нормативными документами предусмотрено их полное отсутствие в воде, в качестве ПДК условно принимается 0,01 мкг/дм3 [51].
При использовании метода для выполнения научно-исследовательских, прикладных, региональных и других видов работ, связанных с индивидуальными, специфическими постановками задачи проводимой оценки, допускается замена указанных критериев на другие, соответствующие выполняемой задаче.
Основой дифференцированного способа является оценка качества воды водных объектов по отдельным загрязняющим веществам с использованием математико-статистических методов обработки аналитических данных.
Система формализованных показателей комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод, получаемых по данному методу, включает последовательность согласованных, взаимосвязанных оценок, покомпонентных и комплексных, оценок различной степени обобщения. Полностью система включает набор из 18 формализованных характеристик. По функциональному назначению они разделяются на две группы — промежуточные и основные. Перечень показателей приведен в таблице 3.1. Вновь вводимые показатели загрязненности воды, новые термины и определения, раскрывающие их физический смысл, сформулированные автором, приведены в таблице 3.2.
Основными составными элементами системы являются:
— коэффициент комплексности загрязненности воды - рекомендуется применять для предварительной ориентировочной оценки характера загрязненности воды и установления целесообразности использования именно комплексного метода оценки;
— частные покомпонентные оценочные баллы по кратности и повторяемости превышения ПДК, обобщенные покомпонентные оценочные баллы - рекомендуется применять для анализа загрязненности воды отдельными загрязняющими веществами;
— комбинаторный индекс загрязненности воды и удельный комбинаторный индекс загрязненности воды - рекомендуется применять для комплексной оценки загрязненности воды по гидрохимическим показателям;
— критические параметры загрязненности воды; рекомендуется устанавливать для формирования приоритетных списков загрязняющих веществ;
— классификация качества воды водных объектов по степени ее загрязненности; рекомендуется применять для определения степени загрязненности воды и пригодности ее для конкретных видов водопользования.
Перспективные направления использования показателей комплексной оценки
Система показателей комплексной оценки степени загрязненности воды водных объектов может быть использована как в целом, так и по ее отдельным его смысловым звеньям. Система в целом может быть применена:
1. Для комплексной оценки современного состояния загрязненности воды водных объектов. Используя ее можно охарактеризовать: — створ, пункт, участок или акваторию водного объекта, объект в целом, речной бассейн и т. д.; — конкретный период времени: сутки, месяц, квартал, гидрологический сезон, год, многолетний период и т. д.
2. Для решения различных задач сравнения. Рассчитываемые относительные показатели позволяют осуществлять по комплексам загрязняющих веществ: — оценку изменения степени загрязненности либо качества воды водного объекта, его бассейна на отдельных участках, в различных створах по течению реки за конкретный сезон, год, многолетний период; — сравнение степени загрязненности воды отдельных рек, речных бассейнов и регионов между собой за конкретный временной интервал; — ранжирование водных объектов по степени загрязненности воды и качеству вод, а также установление наиболее загрязненных из них; — сравнение степени загрязненности и качества воды водных объектов по определенному набору показателей, установленному в каждом конкретном случае (например, по группе веществ, характеризующих обще -санитарное состояние воды и т. д.); — сравнение степени загрязненности воды водных объектов различными веществами, выделение приоритетных загрязняющих веществ.
3. Для анализа, оценки, классификации, картографирования, прогнозирования степени загрязненности поверхностных вод при решении многих вопросов в области охраны поверхностных вод. Возможные варианты применения расчетных оценочных показателей для комплексной оценки качества поверхностных вод отдельных речных бассейнов страны на натурном материале расчетных оценочных показателей приведены в работах Емельяновой В. П. с соавторами [132, 27, 17, 133, 123, 63 и др.], для картографирования загрязненности и качества поверхностных вод на основе комплексных показателей - в работах [61, 40, 56,14].
Элементы системы комплексной оценки могут быть использованы в отдельности.
1. Коэффициенты комплексности загрязненности воды рекомендуется использовать при обработке и подготовке оперативной и режимной информации. Он позволяют оценить масштаб загрязненности воды и, одновременно, широту спектра загрязнения воды; оперативно, по результатам каждой пробы воды, определить стабилен или изменчив процесс загрязнения и, если изменчив, то на сколько; обнаружить появление в воде новых загрязняющих веществ; фиксировать расширение перечня загрязняющих веществ или его сокращение; проследить режим внутригодовых или сезонных изменений, идентифицировать источник загрязнения; выявить распространенность ситуации с высоким и экстремально высоким загрязнением вод и др.
2. Частные оценочные баллы по повторяемости и кратности превышения ПДК рекомендуется использовать при дифференцированной оценке загрязненности воды. По их значениям можно ранжировать ингредиенты и показатели по устойчивости и уровню загрязненности ими воды; получить качественные (описательные) характеристики уровня и устойчивости загрязненности воды отдельными загрязняющими веществами. Примеры 1 Sa$ =1,22 — наблюдается единичная загрязненность воды фенолами. 2 SpH = 3,47 — имеет место высокий уровень загрязненности воды нефтепродуктами. 3. Более комплексную оценку дают обобщенные оценочные баллы.
Примеры 1 НФПР = 11,4 — обнаруживается устойчивая загрязненность воды нефтепродуктами высокого уровня. 2 Spb = 1,61 — наблюдается эпизодическая загрязненность воды соединениями свинца низкого уровня.
По значению обобщенного оценочного балла можно: сопоставить дозы загрязненности, вносимые отдельными ингредиентами в общую степень загрязненности воды; ранжировать шпгредиенты и показатели качества по степени загрязненности ими воды; выделить критические показатели загрязненности воды; определить приоритетные загрязняющие вещества.
