МЕТОД ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОД И СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ В СХЕМАХ КИОВР

Цель работы Разработка метода эколого-водохозяйственной оценки состояния водных ресурсов бассейна речной системы, позволяющего: на основе обще доступных исходных данных на основе обще доступных исходных данных выполнять прогнозные расчеты изменения выполнять прогнозные расчеты изменения качества воды и состояния водной качества воды и состояния водной экосистемы экосистемы учитывать управляющие водохозяйственные учитывать управляющие водохозяйственные воздействия на водный объект воздействия на водный объект проводить оценку состояния для крупномасштабных объектов проводить оценку состояния для крупномасштабных объектов

Решаемые задачи Обзор методов и показателей оценки качества воды и состояния водного объекта Обзор методов и показателей оценки качества воды и состояния водного объекта Определение связи между показателями Определение связи между показателями Обоснование необходимости применения нового метода Обоснование необходимости применения нового метода Применение для практических расчетов Применение для практических расчетов

1. Физико-химические методы основанные на использовании индивидуальных показателей индивидуальных показателей комплексных показателей комплексных показателей 2. Биологические методы 3. Методы использующие биологические и физико- химические показатели

Достоинства физико-химических методов Точная оценка загрязненности воды конкретным загрязнителем Точная оценка загрязненности воды конкретным загрязнителем Учет совместного влияния загрязняющих веществ Учет совместного влияния загрязняющих веществ Возможность классификации качества воды Возможность классификации качества воды Характеристика среды обитания водных организмов Характеристика среды обитания водных организмов

Индивидуальные показатели Сi ПДКi – предельно допустимая концентрация Сi ПДКi – предельно допустимая концентрация Gi ПДСi – предельно допустимый сброс Gi ПДСi – предельно допустимый сброс БПК 5 – биологическое потребление кислорода, используется для оценки качества воды БПК 5 – биологическое потребление кислорода, используется для оценки качества воды

Классификация качества воды по БПК 5 (по Крылову А.В.)

Комплексные показатели ПХЗ-10 - показатель химического загрязнения Определяется по 10 веществам, среди которых: О2, БПК, взвешенные вещества, вещества азотной группы и наиболее характерные для конкретного водного объекта (если Сi/ПДКi >1, то принимается Сi/ПДКi =1) Определяется по 10 веществам, среди которых: О2, БПК, взвешенные вещества, вещества азотной группы и наиболее характерные для конкретного водного объекта (если Сi/ПДКi >1, то принимается Сi/ПДКi =1)

В - комбинаторный индекс загрязнения Noi - количество случаев превышения ПДКi, i-ым загрязняющим веществом, из общего i-ым загрязняющим веществом, из общего количества данных наблюдений Ni количества данных наблюдений Ni К - относительная загрязненность воды

Показатель Эрисмана Учитывает загрязняющие вещества по четырем критериям: санитарный (Wс): О2, БПК, ХПК и характерные загрязняющие вещества санитарный (Wс): О2, БПК, ХПК и характерные загрязняющие вещества органолептический (Wорг): запах, взвешенные вещества, органолептический (Wорг): запах, взвешенные вещества, санитарно-токсикологический (Wст.); санитарно-токсикологический (Wст.); эпидемиологический (Wэ). эпидемиологический (Wэ). Nj – количество веществ в j-ой группе Nj – количество веществ в j-ой группе

Классификация качества вод по показателю Эрисмана Уровень загрязнения Значения показателей WоргWсWсWстWэWэ Допустимый 1111 Умеренный Высокий Чрезвычайно высокий

Экотоксикологический критерий Моисеенко Общий критерий (X) определяется как сумма показателей: Токсичности Токсичности Физико-химического Физико-химического загрязнения (биогенные вещества) загрязнения (биогенные вещества)Эвтрофности по концентрации фосфора в воде Сф и его фонового значения Сфон.ф). к –коэффициент учитывающий состояние водного объекта: К=2 – водный объект в мезотрофной стадии, К=3 – в эвтрофной стадии.

ИЗВ - индекс загрязнения воды n – количество рассматриваемых веществ. Для оценки качества вод расчеты ведут для n = 6…7 загрязняющих веществ, включая : О2, БПК, СПАВ, рН. Модификации данного метода: УКИЗВ - удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (В.И.Губанов и др. 1997, 2000), рассчитывается по двадцати пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в загрязнение вод. Модификации данного метода: УКИЗВ - удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (В.И.Губанов и др. 1997, 2000), рассчитывается по двадцати пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в загрязнение вод.

Классы качества вод по ИЗВ Достоинства: простота определения, учет разнородных параметров, сопоставимость результатов, использование базы данных ГВК.

Достоинства биологических методов Характеристика состояния водной экосистемы Характеристика состояния водной экосистемы Возможность оценки качества воды Возможность оценки качества воды Позволяют получить интегральную оценку результатов природных и антропогенных процессов в водном объекте Позволяют получить интегральную оценку результатов природных и антропогенных процессов в водном объекте

S - индекс сапробности Индекс сапробности рассчитывается исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов водных сообществ фитопланктона, перифитона Широко используется в практике мониторинга Широко используется в практике мониторинга Zi -значимость гидробионта, hi - относительная встречаемость индикаторных организмов N - количество выбранных индикаторных организмов.

ОИ - олигохетный индекс Рассчитывается как отношение численности олигохет (n) к общей численности организмов в пробе (N). ОИ=n/N ОИ=n/N Олигохеты – это малощетинковые черви, относящиеся к классу кольчатых червей, способствуют самоочищению загрязненных водоемов классификация качества вод по ОИ.

БИ - биотический индекс БИ (Вудивисса) В основе метода - упрощение структуры биоценоза по мере повышения уровня загрязнения вод, за счет выпадения индикаторных видов (зообентоса) при повышении загрязненности воды, на фоне общего разнообразия организмов

Н - индекс Шеннона Представляет собой параметр оценки видового разнообразия систем ni – число особей i-го вида в пробах N – общая численность особей всех видов в пробах В настоящее время широко используется для оценки видового разнообразия сообществ организмов, на основе которого делается заключение и о качестве среды их обитания

Оценка трофического статуса водного объекта по индексу Шеннона Придается больший вес редко встречающимся в пробах видам организмов, среди которых могут быть и виды индикаторы чистой или загрязненной воды Трофность водоемовН Ультраолиготрофные Олиготрофные Мезотрофные Эвтрофные Гиперэвтрофные

Смешанные показатели Индекс эвтрофикации – TRIX TRIX = log ([Chl] * [DO2] * P * N * 1.5) / 1.2 Chl – хлорофилл "а" в мкг/л; DO2 – недостаток насыщения воды растворенным кислородом, % P – общий фосфор в мкг/л; N –растворенная форма минерального азота в мкг/л.

Показатели устойчивости экосистемы Оценка получается как результат учета параметров, среди которых: гидрологические климатические условия характер антропогенного воздействия. Параметры устойчивости объединены в экспертную балльную систему, которая учитывает региональные особенности водных объектов и дает возможность делать сравнительную оценку водных экосистем.

Классификация водных объектов по гидрологическому режиму (уровневый и температурный режим) Сумма индексов в примере Гидр. балл 1 = 1+3+2=6

Классификация водоемов по гидрологическому режиму (условиям водообмена) В примере Гидрол. Балл-2 = =9

Недостатки методов Методы, основанные на использовании биологических показателей, сложно использовать в инженерной практике Методы, основанные на использовании биологических показателей, сложно использовать в инженерной практике В явном виде не учитываются гидрологические характеристики водного объекта В явном виде не учитываются гидрологические характеристики водного объекта Сложность использования для прогнозных расчетов Сложность использования для прогнозных расчетов

Связь биологических и физико- химических показателей Возможность, на основе определения комплексных физико-химических показателей, делать оценку состояния экосистемы не зависимо от степени антропогенного воздействия Снижение трудоемкости оценки эколого- водохозяйственной обстановки

Соответствие БПК 5, индекса (S) и уровня сапробности БПК – характеристика содержания в воде органического вещества Сапробность – степень насыщенности воды органическим веществом Индекс сапробности –показатель видового состава организмов –сапробионтов (питающихся МОВ) Уровень сапробности S БПК 5,% Олигосапробный Мезосапробный 1.5 – Полисапробный 3.5 –

Соответствие БПК 5 и трофического статуса водного объекта с помощью индекса Шеннона Соответствие БПК 5 и трофического статуса водного объекта с помощью индекса Шеннона

Соответствие биологических и физико-химических показателей состояния водного объекта (часть -1) Показатель Класс качества воды Очень чистая ЧистаяУмеренно загряз. Загряз.Гряз.Очень грязная БПК 5, мгО/л >10 ИЗВ >6 S >4 Фосфаты, мгР/л 0,005- 0,015 0,015- 0,05 0,05-0,20,2-0,30,3-0,6 Нитраты, мгN/л 0,05- 0,20 0,2-1,01,0-2,02,0-2,52,5-4,0

Соответствие биологических и физико-химических показателей состояния водного объекта (часть -2) Показатель Класс качества воды Очень чистая ЧистаяУмеренно загряз. Загряз.Гряз.Очень грязная Н Трофический индекс, бал >80 Индекс трофности >80 БИ ТрофностьОлигоМезотрофнаяЭвтрофнаяГипер СапробностьКсеноОлиго -мезо Поли Зоны кризисности Обратимые изменения Пороговая стадия Необратимые изменения

Показатель кратности сверхнормативного загрязнения Wпз = Кпз* Wрека Непосредственно связан с объемом речного стока Позволяет выполнять расчеты для лет заданной обеспеченности стока реки Возможность получения кривых обеспеченности показателей качества воды и состояния водного объекта Обосновать необходимость и определить требуемую эффективность водоохранных мероприятий Связан с широко используемыми в практике показателем, что позволяет использовать существующую классификацию качества воды

Классы качества воды по коэффициенту предельной загрязненности Кпз Класс качества воды К пз очень чистая до -0.8 чистая -0.8 …0.0 умеренно загрязненная 0.0…1 загрязненная 1…3 грязная 3…5 очень грязная 5…9 чрезвычайно грязная Более 9

Схема расположения расчетных створов в бассейне реки Иртыш

Расчет значений коэффициентов разбавления створ Вещества Концентрация, мг/л Кi=Сi/ПДКi-1 СiСiПДКi О БПК NH NO N) Fe Cu Zn Ni Mn Фенол Нефть СПАВ Кпз=Ki/122.90

Кривые обеспеченности коэффициентов Кпз с учетом разной эффективности очистки воды. створ 129-1

Чрезвычайно грязная 9 Линейная схема загрязненности воды в бассейне реки Иртыш Чрезвычайно грязная 9 Обозначени е Качество воды Чистая Умеренно загрязненная Загрязненная Грязная Очень грязная