Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская
Анализ и оценка качества поверхностных вод

Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. – 252 с.

Предыдущая

Приложения

Приложение 12. Примеры расчета комплексных показателей степени загрязненности воды

Исходная информация

По результатам химического анализа воды реки Р в створе А за 1997 г. необходимо дать комплексную оценку степени ее загрязненности. Для этого составляют выборочную таблицу исходных данных, в которую заносят результаты анализа за весь рассматриваемый период (табл.). Выборку делают только по тем ингредиентам, которые должны учитываться в комплексной оценке. В данном случае Nfi =16.

Расчет коэффициента комплексности загрязненности

Коэффициент комплексности загрязненности воды К рассчитывается по результатам химического анализа каждой пробы воды. Полученный при этом вариационный ряд значений К характеризует исследуемый период наблюдений за состоянием загрязненности воды водного объекта в конкретном пункте наблюдений.

С целью достижения сопоставимости результатов расчета коэффициента К при характеристике рассматриваемого временного интервала для вычислений используются результаты анализа с одинаковым либо близким числом ингредиентов, определяемых в процессе химического анализа проб воды. Опытным путем установлено, что в результатах анализа различие по количеству учитываемых при расчете К ингредиентов не должно превышать 30 %. В конечном итоге получают вариационный ряд значений коэффициента комплексности К, который дает наглядное представление о том, как варьирует комплексность загрязненности воды в течение изучаемого периода. Для полной характеристики найденной совокупности значений К целесообразно применять логически и теоретически обоснованные статистические характеристики, рассчитанные по общепринятым формулам: средние значения, ошибки средней mKср, а также показатели вариации – экстремальные  величины Ктin и Ктax, размах вариации RK, среднее квадратическое отклонение sк, дисперсию sк 2.

Для каждого результата анализа (для каждой пробы воды) определяют число ингредиентов из суммы всех учитываемых, по которым есть данные. В 1997 г. в пробах воды за 14 января было определено содержание 16 веществ, за 12 августа – 15 веществ, за 18 ноября – 13 веществ и т. д. Разность между количеством учитываемых и определенных ингредиентов во всех пробах воды не превышает 30 %, что позволяет перейти непосредственно к расчету коэффициента комплексности К.

В результате химического анализа, сделанного 14 января, определено
16 ингредиентов  (Nfj = 16). По 10 из них наблюдались превышения ПДК
(Nfj = 10). Следовательно,  Кfj =100%=62,5%

В результате химического анализа, проведенного 13 февраля, 11 марта, 15 апреля,  Nfj = 16, Nfj = 10 и аналогично Кfj = 62,5 %.

В результате химического анализа проб воды от 12 мая определены 15 ингредиентов (Nfj = 15). По 8 из них наблюдались превышения ПДК (Nfj = 8). Тогда

Кfj =

8

× 100% = 53,3%.

15

Аналогично проводят расчет по результатам анализа за все остальные даты отбора проб воды. В итоге для 1997 г. получают вариационный ряд значений К: 62,5; 62,5; 62,5; 62,5; 53,3; 56,2; 62,5; 46,7; 56,2; 64,3; 69,2; 60 %. Ранжированный ряд при этом выглядит следующим образом: 46,7; 53,3; 56,2; 56,2; 60,0; 62,5; 62,5; 62,5; 62,5; 62,5; 64,3; 69,2 % .

Для полученного ряда определяют следующие статистические показатели: Кmin = 46,7 % ; Kmax = 69,2 % ; RK = 22,5 % ; Кср = 59,9%; sк 2 = 35,0;
sк = 5,91; mKср = 1,71.

Полученные расчетные характеристики позволяют сделать следующие выводы.

Значения коэффициента комплексности загрязненности воды реки Р в створе Л в 1997 г. изменялись с вероятностью 99,7 % в пределах 59,9 ± 3 × 1,7 %, а доверительные границы составили от 54,8 до 65,0 %. Среднее значение коэффициента комплексности превышает свою ошибку более чем в три раза, что дает основание считать ее достоверной.

Вода реки Р в створе А обладала в течение всего проанализированного периода высокой комплексностью загрязненности. Большое число определенных ингредиентов являлось загрязняющим. Как правило, это были легкоокисляемые органические вещества (по БПК5), аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, соединения железа, меди, цинка, никеля. Химический состав воды подвержен существенным изменениям в течение года –  размах варьирования коэффициента комплексности составил 22,5 %. Анализ загрязненности воды с помощью К показал, что для оценки степени загрязненности воды реки в этом створе целесообразно использовать комплексный метод, учитывающий одновременно всю совокупность загрязняющих воду веществ.

 

Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды

Наблюдения за химическим составом воды реки Р в створе А проводили в 1997 г. по 16 ингредиентам (см. табл.). Предварительным обследованием была выявлена высокая комплексность загрязненности воды ср = 59,9 %). Необходимо дать комплексную оценку качества воды реки Р в створе А за 1997 г.

Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды проводят в соответствии с техникой расчета, изложенной выше. Результаты расчета заносят в таблицу. По каждому ингредиенту проводят следующие вычисления.

В графу 2 таблицы заносят данные по числу определений. По растворенному в воде кислороду их 12, по БПК5 воды – 11 и т. д.

В графу 3 таблицы помещают данные по числу определений, превышающих ПДК. По растворенному в воде кислороду превышений ПДК нет, по БПК5 воды –  9 и т. д.

На основании данных второй и третьей граф определяется повторяемость случаев превышения ПДК:

 и т.д.

Результаты помещают в графу 4. По значениям повторяемости на основе прил. 10 определяют частный оценочный балл Sa:

     и т.д.

Рассчитывают кратность превышения ПДК в тех результатах анализа, где оно имеет место (графа 6). Затем определяют среднее значение кратности превышения ПДК только по тем пробам, где есть нарушение нормативов (графа 7). Например:

= (1,6+1,3+1,7+1,6+1,8+2,6+2,3+3,8+1,0)/9 = 1,97 мг/дм3 по О2;

= (15,0+15,5+18,5+16,0+19,0+8,0+34,5+3,0+33,0+8,0+9,0)/11=16,3 мг/дм3 по азоту N.

По значениям средней кратности превышения ПДК на основе прил. 11 определяют частный оценочный балл, который помещают в графу 8: 
= 1,97;  SßNO2- = 3,16 и т. д. Определение Sßi, как и определение Sai, проводят с учетом линейной интерполяции. Например: ßNO2- = 16,3. Согласно прил. 11, соответствующий этому значению балл находится между тремя и четырьмя.

Доля частного оценочного балла, приходящаяся на единицу ßi, в этих пределах составляет 0,025.                        _

Чтобы получить значение балла по ßNO2- , необходимо к трем прибавить число, полученное в результате действия 6,3 × 0,025 = 0,16, тогда

=3 + 0,16 = 3,16.

Далее определяют обобщенные оценочные баллы по каждому
ингредиенту (графа 9). Например:

;

 и т. д.

Значения обобщенного оценочного балла помещают в графу 9 таблицы.

Ингредиенты и показатели загрязненности

ni

ni

Sai

_

ßi

Sßi

Si

1

2

3

4

5

6

7

8

9

О2

12

-

-

-

-

-

-

-

БПК5

11

9

81,8

4,0

1,6 + 1,3 + 1,7 + 1,6 + 1,8 + 2,6 + 2,3 + 3,8 + 1,0 = 17,7

1,97

1,97

7,88

Cl-

12

-

-

-

-

-

-

-

SO42-

9

-

-

-

-

-

-

-

Feобщ

12

10

83,3

4,0

1,6 + 1,8 + 2,4 + 4,5 + 2,7 + 3,4 + 1,3 + 2,0 + 3,0 + 2,8 = 25,5

2,55

2,07

8,28

Nнитратный

10

-

-

-

-

-

-

-

Nнитритный

12

11

91,7

4,0

15,0 + 15,5 + 18,5 + 16,0 + 19,0 + 8,0 + 34,5 + 3,0 + 33,0 + 8,0 + 9,0 = 180

16,3

3,16

12,6

Фенолы

12

12

100

4,0

10 + 9 + 9 + 9 + 9 + 8 + 8 +8 + 8 + 8 + 7 + 7 = 100

8,33

2,79

11,2

Нефтепродукты

12

12

100

4,0

18 + 16 + 19 + 17,6 + 17 + 16 + 17 + 18 + 17 + 17 + 18+ +19,4 =210

17,5

3,19

12,8

Nаммонийный

12

12

100

4,0

25,6 + 20,5 + 21,8 + 20,5 + 23,1 + 20,5 + 21,8 + 21,8 + 23,6 + 23,6 + 23,6 = 270

22,5

3,31

13,2

СПАВ

12

12

100

4,0

2,5 + 2,6 + 2,9 + 1,2 + 1,4 + 1,4 + 1,8 + 1,7 + 1,2 + 2,1 + 2,1 + 2,1 =23,0

1,92

1,92

7,68

Медь

12

12

100

4,0

40 + 44 + 25 + 17 + 14 + 18 + 12 + 38 + 23 + 29 + 8 + 9 = 277

23,1

3,33

13,3

Цинк

11

9

81,8

4,0

3,4 + 2,4 + 2,5 + 1,7 + 1,5 + 1,9 + 3,0 + 1,7 + 1,2 = 19,3

2,14

2,02

8,08

Хром

12

-

-

-

-

-

-

-

Никель

12

11

91,7

4,0

1,2 + 1,7 + 1,5 + 1,6 + 1,2 + 1,6 + 1,6 + 1,1 + 2,3 + 1,5 + 1,5 = 16,8

1,53

1,53

6,12

Свинец

11

-

-

-

-

-

-

-

Расчет комплексных показателей степени загрязненности воды Значения комбинаторного индекса загрязненности воды SA в створе А определяют как сумму обобщенных оценочных баллов по каждому ингредиенту:

SA = 7,88 + 8,28 + 12,6 + 11,2 + 12,8 + 13,2 + 7,68 + 13,3 + 8,08 + 6,12= 101,1.

Вычисляют удельный комбинаторный индекс загрязненности воды SA :

 

SA =

По значениям обобщенных оценочных баллов и условию Sij ³ 9 находят число КПЗ: F = 5 (нитритный азот, фенолы, нефтепродукты, аммонийный азот, соединения меди).

Вычисляют коэффициент запаса k :

k  = 1 – 0,1 × 5 = 0,5

Определяют класс загрязненности воды.

Используя прил. 9, подбирают градации класса качества воды, в пределах которых находится значение комбинаторного индекса загрязненности воды Sj. Пределы определяют по формуле

L = kNx,                                        

где k – коэффициент запаса;

      Nчисло ингредиентов, взятых для расчета Sj ;

х – натуральное число, возрастающее от 1 до 11 в зависимости от класса и разряда.

В данном примере kN = 0,5 × 16 = 8; предельные значения х =  (10; 11). Тогда L = (80,0; 88,0). Значение комбинаторного индекса загрязненности, равное 101,1, превосходит наиболее высокие пределы градаций, поэтому воду реки Р в створе А в 1997 г. по комплексу исследуемых ингредиентов характеризуют как «экстремально грязную» и относят к 5-му классу с наихудшим качеством воды.

Более простой способ определения класса качества воды – по значению УКИЗВ (6,33) и числу КПЗ (5), согласно прил. 10. В графе, соответствующей значению КПЗ = 5, находим градацию значений УКИЗВ, в которую входит его значение 6,33 и соответствующие им класс (5-й) и качественную характеристику – «экстремально грязная».

Пример краткой интерпретации полученных комплексных показателей

Превышение ПДК в воде реки Р в створе А наблюдалось по 10 ингредиентам химического состава воды из 16 определяемых показателей. Значение коэффициента комплексности загрязненности воды по отдельным результатам анализа колебалось от 46,7 до 69,2 %, в среднем составляя 59,9 %, что свидетельствовало о высокой комплексности загрязнения воды реки Р в створе А в течение всего года.

Для всех загрязняющих ингредиентов в течение года характерна устойчивая загрязненность, что подтверждается наибольшими значениями частных оценочных баллов по повторяемости (Sa = 4). Согласно классификации воды по повторяемости случаев загрязненности, загрязненность воды по всем рассматриваемым ингредиентам определяется как «характерная». Уровень загрязненности воды этими ингредиентами различен. По биохимическому потреблению кислорода, СПАВ, соединениям никеля наблюдался низкий уровень загрязненности воды. Значения частных оценочных баллов для этих ингредиентов не превышали 2,00: 1,97; 1,92; 1,53 соответственно. По фенолам, соединениям железа, цинка имел место средний уровень загрязненности. Частные оценочные баллы для них составляли соответственно 2,79; 2,07 и 2,02. Для нитритного и аммонийного азота, соединений меди и нефтепродуктов характерен высокий уровень загрязненности. Частные оценочные баллы по этим ингредиентам составляли соответственно 3,16; 3,31; 3,33 и 3,19.

Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды вносят соединения меди, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты и фенолы. Общие оценочные баллы этих ингредиентов составляют 13,3; 13,2; 12,6; 12,8 и 11,2 соответственно, что относит их к критическим показателям загрязненности воды этого водного объекта, на которые нужно обратить особое внимание при планировании и осуществлении водоохранных мероприятий.

Таким образом, степень загрязненности воды реки Р в створе А в течение 1997 г. характеризовалась как экстремально высокая, что обусловлено нарушением существующих нормативов по девяти ингредиентам. Из числа последних особо выделяются своим высоким загрязняющим эффектом пять показателей химического состава воды: соединения меди, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты и фенолы. По каждому из них в 1997 г. наблюдалась характерная загрязненность высокого уровня.

Предыдущая