Тема: Оцінювання якості води в річках і водоймищах в умовах антропогенної дії

При використанні водного об'єкта з конкретною метою необхідно оцінити властивості та склад води з точки зору їх придатності для водокористування, тобто оцінити кількість та якість води. Багаторічні та сезонні коливання річкового стоку і запасів прісних вод у водоймах зумовлюють нерівномірність розподілу в часі обсягу водних ресурсів. Проблеми з водозабезпеченням виникають у маловодні періоди, коли на річках спостерігається різке зменшення витрат води, а на озерах — падіння рівня. Меженний період на річках може продовжуватись протягом літньо-осінньо-зимового періодів, що становить 6—8 місяців. Меженний стік у десятки і навіть сотні разів менший від стоку повені і паводків. Мінімальний стік територією розподіляється дуже нерівномірно. Це лімітує водоспоживання, що разом зі збільшенням об'єму стічних вод зумовлює необхідність комплексного вирішення проблеми водозабезпечення, тому інфор-мація про формування якості води в період низького стоку особливо важлива.

Відповідно до Водного кодексу України оцінка якості води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки водокористування та екологічних нормативів якості води водних об'єктів.

Оцінка якості води на основі нормативів екологічної безпеки водокористування. Діючі нормативи дають змогу оцінити якість води, яка використовується для комунально-побутового, господарсько-питного та рибогосподарського водокористування. До комунально- побутового водокористування належить застосування водних об'єктів для купання, занять спортом та відпо-чинку. Господарсько-питне водокористування охоплює використання водних об'єктів як джерел господарсько- питного водопостачання та для водопостачання підприємств харчової промисловості. До рибогосподарського водокористування відносять експлуатацію водних об'єктів як середовища існування риб та інших водних організмів. Водні об'єкти рибогосподарського призначення поділяють на об'єкти вищої категорії — місця розміщення нерестилищ, масового нагулу та зимувальних ям особливо цінних видів риб та інших промислових водних організмів, а також охоронні зони господарств будь-якого типу для штучного розведення та вирощування риб, інших водних рослин і тварин; об'єкти першої категорії — водні об'єкти для збереження і відтворення цінних видів риб, що мають високу чутливість до вмісту кисню та об'єкти другої категорії — водні об'єкти, що використовуються для інших водогосподарських цілей. Різні ділянки одного водного об'єкта можуть належати до різних категорій водокористування.

Придатність води для забезпечення народногосподарських потреб визначається через оцінювання її хімічного, фізичного та біологічного показників. Ці показники є диференційованими, оскільки вимоги до якості води визначаються видом водокористування. Найбільш жорсткі норми якості води передбачені при використанні її для питних потреб.

Нормативна база оцінки якості води формується на основі загальних вимог до складу та властивостей води і значень гранично допустимих концентрацій речовин у воді водних об'єктів. Загальні вимоги визначають допустимі склад та властивості води, які оцінюються найважливішими фізичними, бактеріологічними та узагальненими хімічними показниками. Вони можуть задаватися у вигляді певної величини, зміни значення показника в результаті впливу зовнішніх факторів або у вигляді якісної характеристики показника.

Гранично допустима концентрація (ГДК) — рівень концентрації речовин у воді, за перевищення якого вона вважається непридатною для певного виду водокористування.

Усі речовини за характером негативного впливу поділяють на 5 груп. Кожна група об'єднує речовини однакової ознаки впливу, яку називають ознакою шкідливості. Одна і та ж сама речовина у різних концентраціях може спричинювати різні ознаки шкідливості.

Лімітуюча ознака шкідливості (ЛОШ) — ознака шкідливості, яка з'являється при найменшій концентрації речовини.

До І групи віднесені речовини, до яких висуваються загальні вимоги щодо обсягу розчиненого кисню, БСК5, зважених речовин, водневого показника (рН), мінералізації; ознака шкідливості — загальносанітарна. У II групу увійшли речовини із санітарно-токсикологічними лімітуючими ознаками шкідливості: S04, CI, Са, Mg, Na, К, N03, Сг; ознака шкідливості — санітарно-токси- кологічна. До III групи належать речовини токсиколо

гічної ЛОШ (N — NH4, N — N02, СПАВ, Cu, Zn, Ni); ознака шкідливості — токсикологічна. До IV групи відносять речовини рибогосподарських ЛОШ: феноли, нафтопродукти; ознака шкідливості — рибогосподарська. V група охоплює речовини з органолептичними ЛОШ: Fe3ar та ін.; ознака шкідливості — органолептична.

Оцінюючи якість води у водоймах комунально-побу- тового та господарсько-питного водокористування, з'ясовують також клас шкідливості речовини. Його визначають залежно від токсичності, кумулятивності, мутагенності та ЛОШ речовини. Розрізняють чотири класи шкідливості речовин: перший — надзвичайно шкідливі; другий — високошкідливі; третій — шкідливі; четвертий — помірно шкідливі.

При оцінюванні якості води використовують принцип адитивності — односпрямованої дії, відповідно до якого належність кількох речовин до однієї і тієї самої ЛОШ виявляється у підсумовуванні їх негативного впливу.

Оцінювання якості води з точки зору екологічної безпеки для різних потреб водокористування здійснюється за певною методикою, а саме: водні об'єкти вважають придатними для комунально-побутового та господарсько-питного водокористування, якщо одночасно виконуються такі умови:

— не порушуються загальні вимоги до складу та властивостей води для відповідної категорії водокористування;

— щодо речовин, які належать до третього та четвертого класу шкідливості, виконується умова:

С ≤ГДК (4.1)

де С — концентрація речовини у водному об'єкті, г/м3;

— щодо речовин, які належать до першого та другого класів шкідливості, виконується умова:

(4.2)

де Сі та ГДКі, — відповідно, концентрація і ГДК і-тої речовини першого чи другого класів шкідливості.

Водні об'єкти вважають придатними для рибогосподарського водокористування, якщо одночасно виконуються такі умови: 

— не порушуються загальні вимоги до складу і властивостей води для відповідної рибогосподарської категорії;

— для речовин, які належать до однакових ЛОШ, виконується умова:

(4.3)

де СІ та ГДКі — відповідно концентрація і ГДК і-тої речовини, яка належить до певної ЛОШ.

Норми якості води повинні виконуватись:

— для водотоків комунально-побутового та господарсько-питного водокористування — на ділянках від пункту водокористування до контрольного створу, який розташований на відстані не менше одного кілометра вище за течією від цього пункту водокористування;

— для водойм комунально-побутового та господарсько-питного водокористування — на акваторії в радіусі не менше одного кілометра від пункту водокористування;

— для водотоків рибогосподарського водокористування — в межах всієї рибогосподарської ділянки водотоку, починаючи з контрольного створу, який розташований не далі 500 метрів нижче по течії від джерела надходження домішок;

— для водойм рибогосподарського призначення — на всій рибогосподарській ділянці, починаючи з контрольного пункту, який розташований в радіусі не більше 500 метрів від місця надходження домішки.

Основними факторами, які спричиняють зміни природного складу води, є скиди промислових, комунально-побутових та інших стічних вод, однак якість води у водоймах формується під впливом багатьох чинників: надходження та винос хімічних речовин із стічними водами; переміщення та розбавлення забруднень, що надійшли до водойм; хімічні процеси трансформації та взаємодії забруднюючих речовин з природними компонентами води; біохімічних, біологічних, фізико-хімічних і фізичних процесів, що відбуваються у водних середовищах.

Водні маси, до яких надходять стічні води, забруднюються, тобто відбувається процес зміни їх складу та властивостей, який призводить до погіршення якості води. Залежно від інтенсивності впливу стічних вод на водні маси річок або водойм виділяють зони забруднення і зони впливу забруднюючих скидів.

Зона забруднення —- частина потоку, в якій при надходженні за-бруднюючих речовин порушуються природні біологічні і біохімічні процеси, а концентрація забруднюючих речовин перевищує прийняті норми за санітарними, рибогосподарськими та іншими показниками.

Ґрунти в дій зоні також забруднені.

Зона впливу забруднення — частина потоку, в яку надходять стічні води із зони забруднення або безпосередньо зі скиду, але внаслідок невисокої концентрації забруднюючих речовин або короткотривалого забруднення в ній зберігається природний перебіг біологічних та біохімічних процесів.

У забруднених водних об'єктах відбуваються фізико- хімічні та інші процеси, спрямовані на відновлення природного стану вод, тобто їх самоочищення. Основними з них є процеси розбавлення (зниження концентрації забруднюючих речовин, які входять до складу стічних вод за рахунок змішування з водою річки або водоймища) та трансформації (перетворення) забруднюючих речовин.

Розрахунок розбавлення стічних вод в річці або водоймищі може бути використаний для оцінки всього комплексу явищ, які визначають самоочищення, при введенні числових характеристик фізико-хімічних та біохімічних процесів. Найчастіше застосовують методи обчислення розбавлення, основані на використанні рівнянь турбулентної дифузії. У результаті розрахунків можна одержати значення максимальної концентрації забруднюючої речовини на будь-якій відстані від місця скиду стічних вод.

Якість води у визначеній точці оцінюють, порівнюючи максимальну концентрацію забруднюючої речовини з її гранично допустимим значенням.

Максимальна концентрація лімітуючої речовини в річці нижче стоку стічних вод змінюється в межах < < , де — середня концентрація речовини, яка визначається за формулою:

= Qр Cр + QсmCcm(Qр +Qсm ), мг/л. (а) (4.4)

Де Qр, Qсm— відповідно витрата води в річці та витрата стічних вод, м3/с; Ср, Сст — відповідно концентрація речовини у воді річки та в стічних водах, мг/л.

При обчисленні розбавлення користуються зведеними значеннями концентрації забруднюючих речовин (Сзвеd)- Цю величину визначають як перевищення над природним фоном. Якщо С — дійсна концентрація забруднюючої речовини в зоні забруднення, то

Сзвеd = C- Ср . (4.5)

Зведена концентрація забруднюючих речовин в стічних водах становитиме:

Сст.звед = Сст — Ср. (4.6)

Для зручності розрахунки виконують у відносних величинах концентрації, наприклад у відсотках від Сст.звед. приймаючи, що Сст.звед = 100% . Істинні значення концентрації забруднюючих речовин в будь-якій точці розрахункового поля одержують шляхом переходу від відносних величин до абсолютних з подальшим підсумовуванням розрахункової та фонової концентрацій.

При оцінюванні розбавлення води використовують показник розбавлення n та коефіцієнт змішування . Розбавлення n є універсальною характеристикою, яка показує, у скільки разів знизилася концентрація забруднюючої речовини в стічних водах на певній ділянці річки. Величина показника визначається за формулою:

n =(Сст - Ср) / (Смак - Ср). (4.7)

Коефіцієнт змішування показує, яка частина витрати води змішується зі стічними водами. Розбавлення та коефіцієнт змішування пов'язані між собою залежностями:

n=(Qcm+ Qp)/Qcm, (4.8)

=(n-l) QcmQp. (4.9)

Коефіцієнт змішування обчислюють тільки у тому випадку, коли стічні води поширюються в розрахунковому створі не по всій ширині потоку.

Зниження концентрації забруднюючих речовин у стічних водах одночасно з розбавленням зумовлюють біохімічні та фізико-хімічні процеси, які відбуваються У водних об'єктах. Одним із способів кількісної оцінки зниження концентрації внаслідок цих процесів є коефіцієнт неконсервативності kH, який сумарно враховує швидкість перетворення речовин. Його значення визначають за даними лабораторних досліджень. Значення Цього коефіцієнту є від'ємними, а його розмірність доб 1

(1/доб), (1/с). Наприклад, у Невській Губі такі значення коефіцієнта неконсервативності при 0°С: нафтопродукти — 2*1 , феноли — 1,5*1 , СПАР — 2,1* , фосфор мінеральний — 0, БСК5 — 4* .

У загальному вигляді процес біохімічного перетворення може бути описаний рівнянням першого порядку:

Сt= Сo exp (-(k1 + k2 + ... + kn) t), (4.10)

де С0, Сt, — концентрація речовини, відповідно, в початковий момент та в момент часу t; kn — коефіцієнти, які належать певному процесу, що враховують перетворення речовин у водному об'єкті.

На практиці можна також вести розрахунок за основним процесом трансформації речовини, нехтуючи процесами, що мають другорядні значення:

Ct = C0exp (-knt). (4.11)

Отже, якість води оцінюють шляхом порівняння вмісту певних речовин з показниками, встановленими «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами».

Екологічна оцінка якості поверхневих вод суші та естуаріїв України. Екологічні нормативи якості води для оцінки стану водних об'єктів визначають на основі екологічної класифікації поверхневих вод. Залежно від значень параметрів якості води поверхневі води відносять до певної категорії та класу якості води, які з'ясовують за певною методикою.

В Україні у 1994 р. Міністерством охорони навколишнього природного середовища та ядерної безпеки України було розроблено і запроваджено «Екологічну оцінку якості поверхневих вод суші та естуаріїв України» (КНД 211.1.4.010-94). Цей документ є основою для оцінки якості поверхневих вод суші та естуаріїв (ділянок гідросфери, які є перехідними зонами між поверхневими водами суші та морями) України з екологічних позицій і отримання інформації про стан екосистем водних об'єктів.

Екологічна оцінка якості вод — віднесення води до певного класу, категорії згідно з екологічною класифікацією на підставі аналізу значень показників її складу і властивостей.

Екологічна оцінка якості вод дає інформацію про воду як складову водної екосистеми, життєве середовище гідробіонтів і важливу частину природного середовища людини.

Водна екосистема — екологічна система водного об'єкта, в якій нерозривно поєднуються неживе середовище та біота (складний комплекс угруповань і популяцій рослин, тварин, мікроорганізмів).

Екологічну характеристику якості поверхневих вод суші та естуаріїв України надають за екосистемним принципом. Її об'єктивність забезпечує широкий комплекс показників, які характеризують абіотичну і біотичну складові водних екосистем.

Екологічна оцінка якості є основою для з'ясування тенденцій її змін в часі і просторі, визначення впливу антропогенного навантаження на екосистеми водних об'єктів, оцінки змін стану водних ресурсів, вирішення економічних і соціальних питань, пов'язаних із забезпеченням охорони довкілля, інформування громадськості, а також оцінювання обсягів впливу людської діяльності на навколишнє середовище, визначення певних водоохоронних регламентів і застережень (стосовно кожного водного об'єкта окремо), планування і здійснення водоохоронних заходів та оцінки їх ефективності.

Комплекс показників для оцінки якості поверхневих вод формують загальні та специфічні показники. Загальні показники, до яких належать показники сольового складу і трофо-сапробності вод (еколого-санітарні), характеризують звичайні властиві водним екосистемам інгредієнти, концентрації яких можуть змінюватися під впливом господарської діяльності. Специфічні показники характеризують вміст у воді забруднюючих речовин токсичної і радіаційної дії.

Система оцінки якості поверхневих вод суші та естуаріїв України охоплює три блоки показників:

— блок показників сольового складу;

— блок трофо-сапробіологічних (еколого-санітар- них) показників;

— блок специфічних показників токсичної і радіаційної дії.

Оцінка сольового складу поверхневих вод передбачає:

1) визначення мінералізації, або галинності (від гр. hals — сіль) вод (табл. 4.8);

2) визначення класу, групи і типу вод за йонним складом (співвідношенням основних йонів) (табл. 4.9);

Таблиця 4.8

Ступінь мінералізації вод, г/

Прісні води	Солонуваті води	Солоні води, %
гапогалиииі	олігогалинні	мезогалиииі	по ліга-	евга-	ультра-
Р	а	Р	а	Р	а	ЛИИН1	ЛИНН1	галиниі
< 0,10	0,10— 0,50	0,51— 0,75	0,76— 1,00	1,01 — 5,00	5,01 — 18,00	18,01— 30,00	30,01— 40,00	> 40,0

Таблица 4.9