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

Оглавление

Следующая

2. Анализ и оценка качества воды

2.3. Комплексная оценка качества воды

Метод комплексной оценки степени загрязненности позволяет однозначно скалярной величиной оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества воды, классифицировать воду по степени загрязненности, подготовить аналитическую информацию для предоставления государственным органам и заинтересованным организациям в удобной, доступной для понимания, научно обоснованной форме (прил. 4).

Принципиальную основу метода составляет сочетание дифференцированного и комплексного способов оценки качества воды. Целесообразность использования комплексной оценки определяется  широтой спектра загрязнения водных объектов и степенью загрязненности воды. Методической основой комплексного способа является однозначная оценка степени загрязненности воды водного объекта по совокупности загрязняющих веществ:

· для любого водного объекта в точке отбора проб воды;

· за любой определенный промежуток времени;

· по любому набору гидрохимических показателей.

В качестве норматива используют предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов, а также водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – 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 водных объектов, в качестве ПДК условно принимается 0,01 мкг/дм³ [19].

Конструктивной особенностью метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям является проведение на первом этапе детального покомпонентного анализа химического состава воды и его режима оценочных составляющих на втором этапе для одновременного учета комплекса наблюдаемых ингредиентов и показателей качества воды.

Уровень загрязненности воды данного водного объекта в конкретном пункте наблюдений, определяемый через относительную характеристику, рассчитанную по реальным концентрациям совокупности загрязняющих веществ и соответствующим им нормативам, является первым составным элементом метода комплексной оценки.

Частота обнаружения концентраций, превышающих нормативы, отражает косвенную оценку продолжительности загрязнения воды, также характеризует меру воздействия загрязняющих веществ на качество водной среды и является следующим составным элементом рекомендуемого метода оценки.

Сочетание уровня загрязненности воды определенными загрязняющими веществами и частоты обнаружения случаев нарушения нормативных требований позволяет получить комплексные характеристики, условно соответствующие «долям» загрязненности, вносимым каждым ингредиентом и показателем загрязненности в общее качество воды.

Качество воды водных объектов есть функция не только отдельных показателей химического состава воды, продолжительности, меры воздействия каждого из них и различных комбинаций этих оценочных характеристик, но также перечня и количества учитываемых в комплексной оценке загрязняющих веществ. Принимая условие аддитивности действия токсических веществ при их одновременном присутствии, окончательный комплексный показатель качества воды определяется суммированием отдельных показателей, оценивающих вклад каждого загрязняющего вещества в отдельности.

Наиболее информативные комплексные оценки, получаемые по данному методу:

· удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ);

· класс качества воды.

Значение УКИЗВ может варьировать в водах различной степени загрязненности от 1 до 16. Большему значению индекса соответствует худшее качество воды в различных створах, пунктах и т.д.

Классификация качества воды, проведенная на основе значений УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности:

1 класс – условно чистая;

2 класс – слабо загрязненная;

3 класс – загрязненная;

4 класс – грязная;

5 класс – экстремально грязная.

Большей степени загрязненности воды комплексом загрязняющих веществ соответствует больший номер класса.

В качестве исходной информации используются результаты химического анализа проб воды в точке отбора. Перед началом расчетов определяют перечень ингредиентов и показателей, на основе которого рассчитываются комплексные показатели (прил. 5). Для подготовки информационных материалов рекомендуется пользоваться тремя перечнями (прил. 6).

Обязательный перечень №1 используется при подготовке информационных материалов для административных органов. Он включает
15 загрязняющих веществ, наиболее характерных для большинства поверхностных вод всей территории Российской Федерации. Расчет комплексных оценочных показателей по единому списку обеспечит корректность проведения сравнения качества поверхностных вод в территориальном аспекте как при оценке состояния загрязненности воды за любой временной промежуток, так и при определении любых его изменений.

Рекомендуемый перечень №2 используется при расчете УКИЗВ для тех створов и пунктов, где есть необходимость, помимо веществ, указанных в обязательном списке, учесть специфические загрязняющие вещества.

Свободный перечень №3 составляется потребителем для конкретных исследований или задач.

В расчете комплексных показателей используют только нормируемые ингредиенты и показатели состава и свойств воды водного объекта.

Предварительная оценка степени загрязненности воды водных объектов с помощью коэффициента комплексности загрязненности воды.

С помощью коэффициента комплексности загрязненности воды оценивается комплексность загрязненности воды в пробе, створе, пункте, водотоке и т.д. Расчет значения коэффициента комплексности загрязненности воды К проводится сначала для каждого результата анализа по формуле:

,

где K_fj – коэффициент комплексности загрязненности воды в f-м результате анализа для j-го створа;

N^/_{fj –} количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, содержание или значение которых превышает соответствующие им ПДК в f-м результате анализа для j-го створа;

N_{fj –} общее количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, определенных в f-м результате анализа для j-го створа.

Оцениваемый временной интервал характеризуется средним значением коэффициента комплексности К_j:

,

где  n_kj – число результатов химического анализа воды, для которых рассчитаны значения коэффициента комплексности в j-м створе за k-й период времени.

Коэффициент комплексности загрязненности воды используется непосредственно при интерпретации результатов расчета для характеристики водного объекта. Он является очень простой, но в то же время вполне достоверной характеристикой антропогенного воздействия на качество воды. Чем больше значение К, тем большая комплексность загрязненности присуща воде, тем хуже ее качество и тем большее влияние на формирование качества воды оказывает антропогенный фактор.

Увеличение коэффициента комплексности загрязненности свидетельствует о появлении новых загрязняющих веществ в воде анализируемого водного объекта. Рост значений К_ВЗ и К_ЭВЗ указывает как на то, что превышение ПДК наблюдается по более широкому перечню ингредиентов, так и на то, что уровень его весьма значителен.

На основе коэффициентов К, К_ВЗ и К_ЭВЗ выделяются категории воды водных объектов по комплексности загрязненности (прил. 7).

Водные объекты, для воды которых значения  К_ВЗ соответствуют
II и III категориям загрязненности воды, а значения  К_ЭВЗ – I, II и III категориям загрязненности воды, целесообразно использовать при подготовке «Приоритетных списков водных объектов, требующих первоочередного осуществления водоохранных мероприятий».

Категории воды, определенные по  К, К_ВЗ и К_ЭВЗ,  имеют различный и физический смысл, поэтому пользоваться ими следует параллельно. Эти характеристики взаимно дополняют друг друга. В случае, если категории не совпадают, качество воды надо рассматривать с разных сторон – в режиме хронического загрязнения, наблюдаемого большую часть времени года по К и дополнительно в режиме «аварийных» либо «чрезвычайных ситуаций» по К_ВЗ и К_ЭВЗ.

Классификация качества воды по степени загрязненности осуществляется с учетом следующих данных: комбинаторного индекса загрязненности воды, числа КПЗ воды, коэффициента запаса, количества учтенных в оценке ингредиентов и показателей загрязненности.

Коэффициент запаса k рассчитывается по формуле:

K=1-0,1 F, где F – число критических показателей загрязненности воды.

Коэффициент запаса k вводится далее в градации классов качества воды дополнительно к комбинаторному индексу загрязненности воды для ужесточения оценки в случае обнаружения концентраций, близких или достигающих уровней высокого или экстремально высокого загрязнения. Его значение уменьшается с увеличением числа КПЗ: от единицы при отсутствии КПЗ до 0,9 при одном КПЗ и т.д. Коэффициент запаса рассчитывается при F≤ 5.

Определение классов качества воды проводится на основе произведения указанных величин и последующего подбора соответствующей ему градации класса (табл. 24).

Число учитываемых ингредиентов или показателей загрязненности воды вводится в градации классов с целью достижения независимости установления класса качества воды от этой величины. Для более детальной оценки качества воды 3-й и 4-й классы разбиты соответственно на 2 и 4 разряда.

В случае, когда F ≥ 6 и k ≤ 0,4, воду без расчетов относят к 5-му классу и оценивают как «экстремально грязная». В практической работе для определения класса качества воды рекомендуется использовать рабочие формы классификации: условное разделение воды на классы по степени загрязненности (прил. 8); условное разделение воды на классы и разряды по степени загрязненности (прил. 9). Примеры расчета показателей комплексной оценки степени зпгрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям приведены в табл. 1 прил. 10.

Таблица 24

Классы качества воды

1 класс	1*Nj*k;	Условно чистая
2-й класс	1*Nj*k; 2*Nj*k	Слабо загрязненная
3-й класс	2*Nj*k; 4*Nj*k	Загрязненная
разряд «а»	2*Nj*k; 3*Nj*k	Загрязненная
разряд «б»	3*Nj*k; 4*Nj*k	Очень загрязненная
4-й класс	4*Nj*k; 11*Nj*k	Грязная
разряд «а»	4*Nj*k; 6*Nj*k	Грязная
разряд «б»	6*Nj*k; 8*Nj*k	Грязная
разряд «в»	8*Nj*k; 10*Nj*k	Очень грязная
разряд «г»	10*Nj*k; 11*Nj*k	Очень грязная
5-й класс	11*Nj*k; ∞	Экстремально грязная

Широкое распространение в США и некоторых других странах получил стандартный обобщенный показатель качества воды (ПКВ). ПКВ рассчитывается по результатам определения 9 важнейших характеристик воды – частных показателей, причем каждый из них имеет собственный весовой коэффициент, характеризующий приоритетность данного показателя в оценке качества воды. Частные показатели качества воды, используемые при расчете ПКВ, и их весовые коэффициенты приведены в
табл. 25 [8].

Таблица 25

Весовые коэффициенты показателей при расчете ПКВ
по данным Национального Санитарного Фонда США

 

Наименование показателя	Значение весового коэффициента
Растворенный кислород	0,17
Количество кишечных палочек	0,16
Водородный показатель (рН)	0,11
Биохимическое потребление кислорода (БПК5)	0,11
Температура (Аt, тепловое загрязнение)	0,1
Общий фосфор	0,1
Нитраты	0,1
Мутность	0,08
Сухой остаток	0,07
Сумма	1

Как следует из приведенных в табл. 25 данных, наиболее весомыми показателями являются растворенный кислород и количество кишечных палочек, что вполне понятно, если вспомнить важнейшую экологическую роль растворенного в воде кислорода и опасность для человека, обусловленную контактом с загрязненной фекалиями водой.

Обобщенный ПКВ в значительной степени устраняет недостатки интегральной оценки качества воды с расчетом ИЗВ, т.к. содержит группу конкретных приоритетных показателей, в число которых входит показатель микробного загрязнения. Определение данных показателей предусмотрено нормативными документами для питьевой воды, а также воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения. Нормативными документами [46] установлены такие показатели микробной загрязненности проб воды, как общее содержание (в 100 мл пробы воды) колиформных бактерий, общее микробное число (в 1 мл), количество мест лямблий (в 50 л).

Микробиологический контроль воды сложен и тербует применения специальных технологий, вместе с тем возможно обнаружение микробиологического загрязнения по косвенным признакам: наличию видимых следов разложения органических и пищевых остатков, нечистот, а также трупов животных; по впадению в водоем канав с бытовыми стоками и др. Фекальные загрязнения обычно содержат массу микроорганизмов, среди них – цисты паразитических простейших, яйца гельминтов и др. Индикаторным видом микроорганизмов, указывающим на фекальные загрязнения, принято считать бактерии группы кишечной палочки (БГКП), типичным представителем которых являются Е.соli (сами БГКП неопасны для теплокровных и являются представителями нормальной кишечной бактериофлоры). Соответствующий микробиологический показатель качества воды предусматривает определенное количество БГКП в единице объема воды (не более 3 в 1 л) – так называемый «Коли индекс».

Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне):

 

где S_i  –  значение сапробности гидробионта (специальные таблицы);

h_i – относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа);

N – число выбранных индикаторных организмов.

Каждому виду исследуемых организмов присвоено некоторое условное численное значение индивидуального индекса сапробности, отражающее совокупность его физиолого-биохимических свойств, обусловливающих способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Для статистической достоверности результатов необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее двенадцати индикаторных организмов с общим числом особей в поле наблюдения не менее тридцати.

В табл. 26  приведена классификация водных объектов по значению индекса сапробности S, которые также нормируются.

Таблица 26 

Классы качества вод в зависимости от индексов сапробности

 

Уровень загрязненности	Зоны	Индексы сапробности S	Классы качества вод
Очень чистые	ксеносапробная	до 0,50	1
Чистые	олигосапробная	0,50–1,50	2
Умеренно загрязненные	α-мезосапробная	1,51–2,50	3
Тяжело загрязненные	β-мезосапробная	2,51–3,50	4
Очень тяжело загрязненные	полисапробная	3,51–4,00	5
Очень грязные	полисапробная	>4,00	6

Индекс загрязнения воды и индекс сапробности следует отнести к интегральным характеристикам состояния. Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей (табл. 27).

Таблица 27

Классы качества воды по микробиологическим показателям

 

Уровень загрязненности и класс качества вод	Микробиологические показатели
	Общее число бактерий, 106 клеток/мл	Число сапрофитных бактерий, 1000 клеток/мл	Отношение общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий
Очень чистые, I	<0,5	<0,5	<1000
Чистые, II	0,5–1,0	0,5–5,0	>1000
Умеренно загрязненные, III	1,1–1,3	5,1–10,0	1000–100
Загрязненные, IV	3,1–5,0	10,1–50,0	<100
Грязные, V	5,1–10,0	50,1–100,0	<100
Очень грязные, VI	>10,0	>1000	<100

Предыдущая

Оглавление

Следующая