Визначення якості води в басейні річки

 

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод суші та естуаріїв України включає три блоки показників:

блок показників сольового складу;

блок трофо - сапробіологічних (еколого - санітарних) показників:

блок специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Оцінка сольового складу поверхневих вод передбачає наступне:

 визначення мінералізації, або галинності (від rp. hals - сіль) вод:

визначення класу, групи і типу вол за іонним складом (співвідношенням основних іонів):

оцінку якості прісних (гіпо - і олігогалинних) та солонуватих (β -мезогалинних) вод за вмістом компонентів сольового складу, що відображає ступінь їх антропогенного забруднення хлоридами, сульфатами та іншими іонами.

Визначення класів і категорій якості води для окремих показників здійснюють шляхом зіставлення середніх і найгірших (максимальних чи мінімальних) значень показників з критеріями спеціалізованих класифікацій.

Узагальнення оцінок за окремими показниками з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води виконують на основі аналізу показників в межах відповідних блоків. Це узагальнення полягає у визначенні середніх і найгірших значень для трьох блокових індексів якості води:

середні значення визначають шляхом обчислення середнього номера категорії за всіма показниками даного блоку;

найгірші значення визначають за відносно найгіршим показником (з найбільшим номером категорії) серед всіх показників даного блоку.

Визначення об'єднаної оцінки якості води для певного водного об'єкта в цілому чи окремих його ділянок полягає в обчисленні інтегрального, або екологічного індексу Іе, величина якого дорівнює середньому арифметичному значенню блокових індексів:

 

 (3.1.)

 

де: - індекс забруднення компонентами сольового складу;

 - індекс трофо - сапробіологічних (еколого - санітарних) показників;

- індекс специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Екологічний індекс якості води, як і блокові індекси, обчислюють для середніх і найгірших значень категорій окремо.

Поняття про екологічну оцінку якості води

Під екологічною оцінкою якості води розуміють віднесення В до повного класу, категорії згідно з екологічною ситуацією на підставі аналізу значень показників її складу і властивостей. Екологічна оцінка якості вод дає інформацію про воду як складову водної екосистеми, життєве середовище гідро біонтів і важливу частину природного середовища людини.

Екологічна оцінка якості поверхневих вод є основою для з’ясування тенденції її змін в часі і просторі визначення впливу антропогенного навантаження на екосистеми водних об’єктів, оцінки змін стану водних ресурсів, вирішення екологічних і соціальних питань пов’язаних із забезпеченням охорони довкілля, інформування громадськості. Вона є основою для оцінки впливу людської діяльності, на навколишнє середовище та інше.

Критеріальною базою екологічної оцінки є екологічна класифікація якості поверхневих вод, яка має здійснюватись екосистем принципом. Необхідна повнота і об’єктивність характеристики якості поверхневих вод досягається широким набором гідрофізичних, гідрохімічних, гідробіологічних, бактеріологічних та інших показників, які відображають особливості абіотичної і біотичної складових водної екосистеми.

Під критеріями якості води розуміють показники її складу і властивості у кількісному виразі у вигляді значення, якості відповідають певний клас та категорія – рівні якості води, установлені за інтервалами числових значень показників її складу і властивостей. Будь-яка класифікація ступеня забруднення водного об’єкта має умовний та відносний характер. Комплекс показників екологічної класифікації якості поверхневих вод включає загальну та специфічні показники.

Загальні показники до яких належать показники сольового складу і трафосапробності води характеризують звичайні властивості водних екосистем інгредієнти, концентрації яких можуть змінюватися під впливом господарської діяльності.

Трофність водних об’єктів – це ступінь біологічної продуктивності екосистем водних об’єктів, який визначається вмістом у воді біогенних елементів (насамперед Р і N2) та комплекси гідрологічних, гідрохімічних, гідробіологічних і інших чинників.

Специфічні показники характеризують вміст у воді забруднюючих речовин токсичної і радіаційної дії.

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод.

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод включає 3 блоки показників:

Блок показників сольового складу;

Блок тропосапробіологічних (екологосанітарних) показників;

Блок специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Оцінка сольового складу поверхневих вод передбачає наступне:

Визначення мінералізації або галинності;

Визначення класу груп і типу води за іонним складом (співвідношенням основних іонів);

Оцінка якості прісних (гіпо- і алігогалинних та солонуватих, бетомезогалинних) вод за вмістом компонентів сольового складу, що відображає ступінь їх антропогенного забруднення хлоридами, сульфатами та іншими іонами.

Класифікація оцінки поверхневих вод за критерієм мінералізації має ІІІ класи і підпорядковані їм 7 категорій якості води (таблиця 3.1).

 

Таблиця 3.1 - Класифікація якості поверхневих вод за критеріями мінералізації

Клас якості	Прісні води (І)		Солонуваті води (ІІ)			Солонуваті води (ІІІ)
Категорія якості вод	Гіпога-линні (1)	Алігога-линні (2)	β-мезога-линні (3)	α-мезога-линні (4)	Полігона-линні (5)	Еуга-линні (6)	Ультра-галинні (7)
Мінералізація, г/л	<0,5	0,51-1	1,01-5	5,01-18	18,01-30	30,01-40	>40

 

Класифікація якості поверхневих вод за критеріями іонного складу поділяє їх на ІІІ класи за аніонним складом: гідрокарбонатні; сульфатні; хлоридні. Кожен з яких в свою чергу диференціюється на 3 групи за катіонним складом: кальцієві; магнієві; натрієві.

Тобто існує 9 категорій вод за іонним складом (таблиця 3.2). Крім того певні категорії вод за іонним складом поділяють на 4 типи за кількісним співвідношенням іонів.

 

Таблиця 3.2 - Класифікація якості поверхневих вод за критеріями іонного складу (за О.А. Альокіним) 1948р.

Клас	Гідрокарбонатний (С)			Сульфатний (S)			Хлоридний (Сl)
Група	Са	Мg	Na	Ca	Mg	Na	Ca	Mg	Na
Тип	I II III	I II III	I II III	II III IV	II III IV	I II III	II III IV	II III IV	I II III

Сольовий склад поверхневих вод оцінюють за сумою іонів та окремими інгредієнтами, клас води визначають за переважаючим аніоном, групи – за переважаючими катіонами, тип води – за співвідношенням між іонами.

Типи води:

І. HCO3 > Ca2+ + Mg2+

ІІ. HCO3 < Ca2+ + Mg2+ < HCO3 + SO42-

ІІІ. HCO3 + SO42- < Ca2+ + Mg2+ або Сl- > Na+

ІV. HCO3 = 0

Приклади позначення природних вод:

СІІСа – гідрокарбонатний клас, кальцієва група ІІ тип.

SClІІCa - сульфатно-хлоридно кальцієві води ІІ типу.

Екологічна класифікація якості поверхневих вод за трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) критеріями включає такі групи показників:

Гідрофізичні показники: завислі речовини, прозорість;

Гідрохімічні показники: рН, концентрація азоту амонійного, нітратного, нітратного, фосфору фосфатів, розчиненого кисню, перманганат на та дихроматна окислості, ХПК, БПК.

Гідробіологічні показники: біомаса фітопланктону, індекс самоочищення, само забруднення;

Бактеорологічні показники: чисельність бактеріопланктону та сапрофітних бактерій;

Біоіндикація сапробності: індекси сапробності за системами Пантлебука і Гуднайта-Ітлея.

Для забезпечення обґрунтованих висновків загальна кількість показників цього блоку повинна бути неменше десяти.

Блок показників якості поверхневих вод за критеріями вмісту і біологічної дії специфічних речовин включає такі 3 спеціалізовані класифікації:

Екологічна класифікація якості поверхневих вод за критеріями вмісту специфічних речовин токсичної дії.

Екологічна класифікація якості прісних гіпо- і олігогалинних та солонуватих β-мезогалинних вод за рівнем токсичності.

Екологічна класифікація якості поверхневих вод за критеріями специфічних показників радіаційної дії.

Екологічна оцінка якості поверхневих вод за специфічними показниками токсичної дії дається на підставі наявності та вмісту у воді таких інградієнтів як: ртуть, кадмій, мідь, цинк, свинець, хром, нікель, миш’як, залізо, манган, вториди, ціаніди, нафтопродукти, феноли, СПАР. Оцінка по важких металах дається за їх загальним вмістом у воді.

Токсичність поверхневих вод спричинена індивідуальною чи сукупною дією вище вказаних речовин, а також інших інгарієнтів, що потрапляють у водні об’єкти у складі промислових, сільськогосподарських, комунальних стічних вод, а також з поверхневим стоком та атмосферними опадами визначають шляхом біотестування.

Для екологічної оцінки якості поверхневих вод за специфічними показниками радіаційної дії використовують: сумарну β-активність, концентрацію Sr-90 і Сs-137.

Конкретні гідрофізичні, гідрохімічні, гідробіологічні та специфічні кількісні показники є елементарними ознаками якості води. Комплексні кількісні ознаки що побудовані на інтегруванні елементарних ознак є узагальнюючими ознаками якості води. На основі елементарних і узагальнюючих ознак визначають класи, категорії та індекси якості води, зони сапробності, ступені трофності.

Орієнтовна та ґрунтовна екологічна оцінка якості води

Екологічна оцінка якості води в певному водному об’єкті може бути орієнтовною і ґрунтовною.

Ґрунтовна узагальнююча оцінка необхідна для переконливих відповідальних рішень і висновків.

Орієнтовна екологічна оцінка є необхідною з розвідувальною метою для вироблення попередніх висновків та рішень на основі разових вимірів окремих показників якості води.

Процедура виконання ґрунтовної екологічної оцінки складається з таких 4 послідовних етапів:

Групування і обробки вихідних даних (результатів систематичного контролю якості вод).

Визначення класів і категорій якості води за окремими показниками.

Узагальнення оцінок якості води за окремими показниками (вираження в класах і категоріях) по окремих блоках з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості води.

Визначення об’єднаної оцінки якості води для певного водного об’єкта в цілому чи його окремих ділянок за певний період спостережень.

Вихідні дані з якості води за окремими її показниками ґрунтуються у просторі і часі, а також в межах 3 блоків.

Оцінка екологічного стану басейнів малих річок

Дещо інший підхід до оцінки стану поверхневих вод шляхом визначення екологічного стану водозабірного басейну в цілому застосований науково-дослідним інститутом водогосподарських екологічних проблем, яким в 1992 році розроблене “Методичне керівництво по розрахунку антропогенного навантаження і класифікації екологічного стану басейнів малих річок України”. Цей документ дозволяє якісно і кількісно оцінити в цілому стан водозабірного басейну, оперативно порівняти антропогенне навантаження, що їх зазначають об’єкти, з нормативними, а також спрогнозувати тенденції їх зміни у часі, дати оцінку соціально-екологічної та економічної ефективності природоохоронних заходів.

Методичне керівництво може застосовуватися при розробці комплексних схем охорони та раціонального використання водно-земельних ресурсів в басейнах малих річок, в плануванні будівництва і розширення підприємств, їх експертизі, визначенні черговості інвестицій на природоохоронні заходи.

Загальну оцінку екологічного стану басейну річки здійснюють на підставі діючих на нього антропогенних навантажень. В системній моделі “басейн малої річки” розглядають моделі 4 окремих підсистем:

підсистема “радіоактивне забруднення”, яка враховує щільність радіоактивного забруднення території в басейні річки Sr-90, Сs-137 і плутонієм 239, 240.

підсистема “використання земельних ресурсів” враховує показники антропогенного впливу на замельні ресурси в басейні річки (лісистість, сільськогосподарська освоєність, розораність, урбанізація, еродованість).

підсвистема “використання річкового стоку” враховує показники антропогенного впливу на водні ресурси фактичного (повного) використання річкового стоку, безповоротного водоспоживання, надходження (скиду) стічних вод та забруднених вод у річкову мережу.

підсистема “якість води”, складається з 2 блоків – “хімічне забруднення” (БПК5, ХПК, концентрація завислих речовин, розчиненого кисню, азоту амонійного, нітратного, нітратного, фосфатів, заліза, фтори дів, сульфатів, хлоридів); “бактеріальне забруднення” (колі-індекс).[6 – 15-17c.]

Колі-індекс – кількість бактерій кишкової палички в 1л води.

Показники, що характеризують величини антропогенного впливу на земельні ресурси у басейні річки, окрім еродованості (змив грунту в т/га*рік) визначають за формулою:

 

100*Fi

fI= ------------, %

Fб

 

Fб – загальна площа басейну річки, км2,

Fi – для показників в, км2.

Лісистість – площа лісів, лісосмуг та деревно-чагарникової рослинності.

Ступінь природного впливу – площа угідь, що знаходиться у природному стані (боліт, водних територій, лісів природного і штучного походження, захисних водах насаджень, заповідних територій) або близького до нього (пасовищ, сіножатей).

Сільгоспосвоєність – площо всіх сільгосп угідь (рілля, багаторічні насадження, сіножаті, пасовища, присадибні землі).

Розораність – площа орних земель, сади і городи.

Урбанізація - площа земель населених пунктів, промисловості, транспорту тощо.

Показники, що характеризують величину антропогенного впливу на водні ресурси у басейні річки визначають за формулою:

 

gi = , %

 

Wф – фактичний об’єм стоку в річковий мережі (норма річкового стоку, млн. м3).

Wі – відповідно для показників, млн.м 3.

Показник безповоротного водокористування – це сума об’єму забору води з річкової мережі, об’єм збитку річкового стоку внаслідок відбору підземних вод та об’єму скиду води в річковому режимі.

Показник надходження (скиду) стічних вод у річкову мережу – об’єм скиду води у річкову мережу.

Показник надходження (скиду) забруднених вод у річкову мережу – об’єм скиду забруднених вод.

Показник фактичного (повного) використання річкового стоку:

g1 =  , %

 

Wз – об’єм забору води з річкової мережі, млн.м3.

Wy – об’єм збитку річкового стоку внаслідок відбору підземних вод, млн.м3.

Wc – об’єм скиду води в річкову мережу, млн.м3.

Загальні положення керівного нормативного документу (КНД)

Керівний нормативний документ розроблено на виконання закону України «Про охорону навколишнього природного середовища». КНД є метод основою для здійснення спостережень, аналізу даних характеристик і оцінки якості поверхневих вод з екологічної позиції і одержання інформації про стан екосистем цих водних об’єктів.

Критерії, що містяться в КНД є основою для встановлення ступеня максимального припустимого втручання людської діяльності в довкілля.

Структура і зміст КНД.

Екологічна характеристика якості води дається за екосистемним принципом.

Комплекс показників для екологічної оцінки якості води включає загальні і специфічні показники. До загальних показників належать показники сольового складу, трофосапробіологічні показники (санітарні) і специфічні показники характеризують вміст у воді забруднюючих речовин токсичної і радіаційної дії.

Система екологічної дії якості води включає три блоки:

Блок показників сольового складу;

Блок трофосапробіологічних показників;

Блок специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Оцінка сольового складу передбачає: визначення галинності вод; оцінку якості прісних водойм за вмістом компонентів сольового складу, що відображає ступінь їх антропогенного забруднення сульфатами, хлоридами та іншими іонами.

Еколого-санітарна оцінка дається за такими групами показників (див. вище).

До показників токсичної дії належать (див. вище).

Показники радіаційної дії.

Система екологічної оцінки якості води має вісім категорій якості води, які базуються на узагальнюючих ознаках:

І. Відмінна вода – І клас води.

ІІ. Добра вода – ІІ клас води.

ІІІ. Досить добра - ІІ клас води.

ІV. Задовільна - ІІІ клас води.

V. Посередня - ІІІ клас води.

VІ. Погана - IV клас води.

VІІ. Дуже погана - V клас води.

VІІІ. Занадто погана - V клас води.

За ступенем забрудненості категорії якості води характеризують її як: дуже чиста, чиста, досить чиста, слабо забруднена, помірно забруднена, сильно забруднена, брудна, дуже брудна.

Екологічна оцінка якості води може виконуватись за 2 варіантами: спрощеним і розгорнутим.

Методика виконання спрощеної екологічної оцінки якості води.

Спрощена оцінка здійснюється шляхом обчислення екологічного індексу ІЕ.

 

ІЕ =

 

Величини складових індексів для кожного блоку пропонувалося визначити за показниками, що мають найгірше значення, а величину узагальненого екологічного індексу – за найгіршим значенням блокових індексів. ІЕ=макс. (І1, І2, І3)

Кожен із індексів І1, І2, І3 розраховується окремо на підставі відносних значень показників, що входять до складу відповідних блоків.

Величина складових індексів визначається за показниками, що мають найгірші значення. Відносна оцінка окремого показника є числовою безрозмірною величиною, яку знаходять в інтервалі від 1-8 і є значеннями відповідної категорії якості води.

Відносні значення показників розраховують на основі їх абсолютних значень (концентрацій за допомогою системи спеціальних перевідних функцій).

За величиною ІЕ категорії якості води визначають таким чином:

ІЕ ≤ 1 – І категорія.

1 < ІЕ ≤ 2 – ІI категорія.

2 < ІЕ ≤ 3 – ІII категорія.

3 < ІЕ ≤ 4 – ІV категорія.

4 < ІЕ ≤ 5 – V категорія.

5 < ІЕ ≤ 6 – VІ категорія.

6 < ІЕ ≤ 7 – VІI категорія.

 ІЕ > 7 – VІІІ категорія.

Результати екологічної оцінки якості води подаються у вигляді таблиць, графіків, карт.

Таблиці можуть складатися як для окремих пунктів так і для всього водного об’єкту. В таблиці послідовно розташовують значення показників відносячи їх до відповідних категорій якості води.

Найбільш наочний спосіб подання результатів – картографічний. В залежності від потреб розробляють карти, які відображають узагальнену екологічну оцінку якості води, якість води за окремими блоками показників і якість води за окремими показниками.

Розрахунки:

І. Сольові якості води.

Сума іонів – 750 мг/л, при 750 < х ≤ 900, у = х/150

у = 750/150=3 мг/л;

Хлориди – 45 мг/л, при 25 ≤ х ≤ 100,

у = х/25=45/25=1,8 мг/л;

Сульфати – 50 мг/л, при 25 ≤ х ≤ 100,

у = х/25=50/25=2 мг/л

ІІ. Трофо-сапробні (еколого-санітарні) показники:

Завислі речовини – 53 мг/л, при 50 < х ≤ 100, у = х/50+4

у = 53/50+4=5,06 мг/л;

рН – 8,0, при 7,9 < х ≤ 8,7, у = 5*х-37,5

у = 5*8,0-37,5=2,5;

Амонійний азот – 1,3 мгN/л, при 1,0 < х ≤ 2,5, у = (2*х+13)/3

у = (2*1,3+13)/3=5,2 мгN/л;

Азот нітритний – 0,07 мгN/л, при 0,05 < х ≤ 0,1, у = 20*х+4

у = 20*0,07+4=5,4 мгN/л;

Азот нітратний – 1,5 мгN/л, при 1,0 < х ≤ 2,5, у = (2*х+13)/3

у = (2*1,5+13)/3=5,3 мгN/л;

Фосфати – 0,22 мгP/л, при 1,0 < х ≤ 2,5, у = 20*х+2

у = 10*0,22+3=5,2 мгP/л;

Розчинений кисень

Взимку – 9,5 мг/л, при х > 7, у = 1

у = 1мг/л;

Влітку – 5,5 мг/л, при 4,1 < х ≤ 7,1, у = 10,1-х

у = 10,1-5,5=4,6мг/л;

БСК5 – 1,8 мгO2/л, при 1,0 < х ≤ 2,5 у = 2*х-0,2

у = 2*1,8-0,2=3,4мгO2/л;

ПО (перманганатна окислюваність) – 7,5 мгO/л,при 4,0 < х ≤ 10,0,

у = х/2-1=7,5/2-1=2,75 мгO/л;

БО (біхроматна окислюваність) – 23,0 мгO/л, при 20,0 < х ≤ 30,0

у = (х-4)/7=(23-4)/7=2,71 мгO/л;

Біомаса фітопланктону – 6,5 мг/л, при 5,0 < х ≤ 10,0

у = х/5+3=6,5/5+3=4,3 мг/л;

Індекс “самоочищення - самозабруднення” – 2,8, при 2,2 < х ≤ 5,0

у = (5*х+73)/14=(5*2,8+73)/14=6,21;

ІІІ. Специфічні показники токсичної і радіаційної дії:

Мідь – 30 мг/л, при 25< х ≤ 100,

у = х/25+4=30/25+4=5,2 мг/л;

Цинк - 100 мг/л, при 100 < х ≤ 300,

у = х/50+3=100/50+3=5 мг/л;

Хром - 150 мг/л, при 100 < х ≤ 300,

у = 8 мг/л;

Нафтопродукти - 150 мг/л, при 100 < х ≤ 300,

у = х/100+3=150/100+3=4,5 мг/л;

СПАР - 70 мг/л, при 50 < х ≤ 100,

у = х/50+3=70/50+3=4,4 мг/л;

Стронцій – 90 – 3,2 Кі/л*10-12, при 3,0 < х ≤ 5,0,

у = (х+145)/837=(3,2+145)/837=0,17 Кі/л*10-12;

Цезій – 137 – 0,22 Кі/л*10-11, при 0,05 < х ≤ 0,5,

у = (20*х+26)/9=(20*0,22+26)/9=3,37.

І1=(3+1,8+2)/3= 2,27;

І2=(5,06+2,5+5,2+5,4+5,3+5,2+1+4,6+3,4+2,75+2,71+4,5+6,21)/13= 4,12;

І3= (5,2+5+8+4,5+4,4+0,17+3,37)/7= 4,38;

ІЕ= (2,27+4,12+4,38) = 3,59;

По результатах розрахунків ми визначили, що ІЕ = 3,59, а це означає, що категорія якості води – IV, тобто вода відноситься до посередньої за екологічною оцінкою і має ІІІ клас якості.

І. Сольові якості води.

Сума іонів	3	III
Хлориди	1,8	ІІ
Сульфати	2	ІI

 

ІІ. Трофо-сапробні (еколого-санітарні) показники.

 

Завислі речовини	5,06	VI
рН	2,5	III
Амонійний азот	5,2	VI
Азот нітритний	5,4	VI
Азот нітратний	5,3	VI
Фосфати	5,2	VI
Розчинений кисень
Взимку	1,00	I
Влітку	4,6	V
БСК5	3,4	IV
ПО	2,75	III
БО	2,71	III
Біомаса фітопланктону	4,3	V
Індекс “самоочищення - самозабруднення”	6,21	VII

 

ІІІ. Специфічні показники токсичної і радіаційної дії.

 

Мідь	5,2	VI
Цинк	5	V
Хром	8	VII
Нафтопродукти	4,5	V
СПАР	4,4	V
Стронцій – 90	0,17	I
Цезій – 137	3,37	IV