Методические указания по выполнению практических заданий

1. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) показывает интегральное загрязнение воздушного бассейна различными вредными примесями, формула для расчета этого индекса имеет следующий вид:

, (1)

где, I – индекс загрязнения атмосферы, i – номер вредной примеси, qi – средняя суточная концентрация i-ой вредной примеси в воздухе, ПДКi – предельно допустимая концентрация i-ой примеси в воздухе, Ci – константа, принимающая значения 1,7; 1,3; 1,0; 0,9 для 1, 2, 3, 4 классов опасности вредных веществ соответственно. Константа позволяет привести степень вредности i-го вещества к степени вредности диоксида серы. Обычно, индекс загрязнения атмосферы (I) рассчитывается по пяти загрязнителям: пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и формальдегид.

2. Снежный покров, осаждая и фиксируя воздушные взвеси и аэ­розоли, позволяет выделить контуры загрязнения на период опро­бования. При изучении выпадений из атмосферы в первую очередь фиксируется пылевая нагрузка на окружающую природную среду, т.е. абсолютные массы, выпадающие на единицу площади за фикси­рованное время.

Суммарная пылевая нагрузка в снежном покрове (Рn) опреде­ляется в каждой точке опробования:

, (2)

где: Ра – вес пыли, осажденной снегом (кг); S – проективная площадь осаждения, равная 1 кв. м; Т – временной интервал в сутках меж­ду моментом отбора пробы и датой установления устойчивого снеж­ного покрова (Ревич, Сает, Смирнова, 1990). Для определения массы пыли, выпавшей за год необходимо полученное значение ум­ножить на количество дней в году.

Суммарный показатель нагрузки показывает во сколько раз мас­са химических элементов, выпавших на данной территории больше, чем на фоновых участках. Данный показатель рассчитывается по фор­муле:

(3)

где Pi – масса i-того химического элемента, выпавшего со сне­говой пылью на данной территории, мг/км2 сут; Pфi – масса i-того химического элемента, выпавшего со снеговой пылью на фоновых участках, мг/км2 сут.

Вес химического элемента, выпавшего на единицу площади обс­ледуемой территории за единицу времени определяется по формуле:

Pi = Ci·Pn, (4)

где Сi – концентрация химического элемента в снеговой пыли, мг/кг; Pn – пылевая нагрузка, кг/км2 сут.

Масса химического элемента, выпавшего на фоновой территории, рассчитывалась по формуле: Рф = Сф·Рпф, (5)

где Сф – концентрация химического элемента на фоновом участ­ке, мг/кг; Рпф – величина пылевой нагрузки на фоновой территории, кг/км2 сут.

По литера­турным данным фоновая пылевая нагрузка для Нечерноземной зоны Ев­ропейской части России составляет Рф = 10 кг/км2 сут.

Уровни загрязнения снежного покрова по суммарному показателю загрязнения, пылевой нагрузке и суммарной нагрузке приведены в табл. 9.

Таблица 9 – Уровень загрязнения снежного покрова

Уровень загрязнения:	Суммарный Показатель загрязнения, Zc	Пылевая нагрузка Pn, кг/кг2 сут	Суммарный показатель нагрузки, Zp
Низкий	32 – 64	100 – 250	< 1000
Средний	64 – 128	250 – 450	1000 – 5000
Высокий	128 – 256	450 - 850	5000 – 10000
Очень высокий	> 256	> 850	> 10000

3. Прежде, чем определить коэффициент концентрации химическо­го элемента определите его среднее содержание в снеге в каждой точке опробования. Коэффициент концентрации химического эле­мента вычисляется по формуле

Кс = Сср/Сф, (6)

где Сcр – среднее со­держание микроэлемента в снеге (мг/кг); Сф – фоновое значение микроэлемента в снеге (мг/кг) (Василенко, Назаров, Призман, 1985).

4. Техногенные аномалии в снеговой пыли отражают загрязнение атмосферного воздуха. Для показа структуры загрязнения техногенной аномалии используется термин "геохимическая ассоциация". Ассоциация характеризует среднее содержание химических элемен­тов в точке опробования. В состав формулы включите значения, получившиеся для Sr, Ва, Мn, Сr после выполнения второго зада­ния. Цифры при индексах химических элементов в формуле геохими­ческой ассоциации представляют их коэффициенты концентрации.

Для общей количественной характеристики уровня аномальности в каждой точке рассчитывается суммарный показатель загрязнения

, (7)

где Ксi - коэффициент концентрации i-го аномального химического элемента, n - число аномальных элементов, входящих в геохимическую ассоциацию (Ревич, Сает, Смирнова и др., 1982).

Для характеристики геохимических ассоциаций в точке опро­бования необходимо установить определенный "порог аномальности". За нижний порог аномальности приняты значения с коэффици­ентом концентрации, равным 1.5 (Сорокина. 1983). Выделяются следующие пороги аномальности: первый (Zс = 1.5–3.0), второй (Zс = 3.0–10.0), третий (Zс = 10.0–30.0), чет­вертый (Zс = 30.0–100.0), пятый (Zс = 100.0–500.0).

Оценка загрязнения почв и снежного покрова проводится согласно (Методических рекомендаций... 1987) и (Мето­дических указаний..., 1987).

Таблица 10 – Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв и снежного покрова по суммарному показателю загрязнения

Уровень загрязнения	Категория загрязнения	Значение суммарного показателя загрязнения	Изменение показателя здоровья населения в очагах загрязнения
почв	снежного покрова
Низкий	Допустимая	8 – 16	32 – 64	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости среднефункциональных отклонений
Средний	Умеренно опасная	16 – 32	64–128	Увеличение общей заболеваемости
Высокий	Опасная	32–128	128–256	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Очень высокий	Чрезвыч. опасная	> 128	> 256	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости и гипотрофии новорожденных

5. Объединение на одной карте данных по загрязнению почв и снежного покрова позволяет провести районирование территории по динамике загрязнения (Ревич. Сает. Смирнова. 1990). При этом выделяют территории устойчивого, реликтового и современного загрязнения, а также зоны с отсутствием загрязнения. Устойчивое загрязнение определяется по совпадению очагов загрязнения на почвенной карте и на карте снежного покрова. Зона реликтового загрязнения выделяется по сильному загрязнению почв и слабому загрязнению в снежном покрове. В этих районах почвенный гори­зонт В отличается от А более высокой концентрацией химических элементов. Зона современного загрязнения определяется по более высокому уровню загрязнения снежного покрова по сравнению с почвой.

Выполняя задание коэффициент концентрации химичес­ких элементов в почве (Кс) вычислите только для горизонта А.

6. Химические ингредиенты, находящиеся в речных водах, явля­ются столь же случайными и независимыми величинами в много­летнем разрезе, как и сток рек, поскольку их изменение во вре­мени зависит от большого числа факторов случайного характера. Поэтому для анализа распределения во времени этих характери­стик с не меньшим основанием, чем для стока воды, могут быть использованы вероятностно-статистические методы.

При построении эмпирических кривых обеспеченности целесо­образно учитывать соотношение расходов воды и числа ингреди­ентов в рассматриваемую фазу стока. Так, обычно наименьшему расходу воды в реке соответствует ее наибольшая минерализация. Поэтому при построении эмпирических кривых обеспеченности лучше использовать значение минерализации (число анионов, ка­тионов), обратное естественному. Например, 1/Mg+, или 10/Са+, или 100/åи – чем больше значение ингредиента или их суммы, тем больше числитель, что удобно при построении кривых обеспе­ченности. Это сохраняет естественное соотношение характеристик количества и качества воды при их равной обеспеченности.

Обеспеченность эмпирических точек рассчитывается по фор­муле

, (8)

где m – порядковый номер членов ранжированного ряда рассчи­тываемой гидрохимической характеристики, расположенного в убы­вающем порядке; n – общее число членов ряда. При определении обеспеченных значений минерализации или жесткости (и других характеристик, возрастающих с уменьшением расхода воды) члены ряда ранжируются по величине, обратной естественной.

7. Оценка качества воды в определенной точке (створе водного объекта) выполняется путем сопоставления максимальной концен­трации загрязняющего вещества с предельно допустимой концен­трацией этого же вещества (ПДК), нормируемой «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975).

Максимальная концентрация лимитируемого загрязняющего вещества в реке ниже выпуска сточных вод изменяется в пределах , где Sп – средняя концентрация того же вещества в потоке, определяемая из уравнения баланса вещества:

, (9)

где Qр – расход воды в реке, м3/c; Qcт – расход сточных вод, м3/с; Sp – концентрация рассматриваемого вещества в воде реки, мг/л или г/м3; Sст – концентрация этого же вещества в сточных водах, мг/л или г/м3.

Наряду с разбавле­нием сточных вод в водотоках и водоемах к снижению концентра­ции загрязняющих веществ приводят биохимические и физико-хи­мические процессы, протекающие в водных объектах.

Процесс биохимического превращения может быть описан уравнением:

, (10)

где: So и St — концентрации вещества соответственно в начальный момент и в момент t; kn – коэффициент неконсервативности.

Общая нагрузка потока консервативными веществами или суммой веществ выражается (в потоке) концентрацией Sn этих веществ, определяемой из условия баланса вещества (3.1). Показатель относительной на­грузки потока конкретным загрязняющим веществом находится путем сопоставления расчетного значения Sп с предельно допусти­мой концентрацией (ПДК) данного вещества. При этом возможны два случая: Sn ³ ПДК (вода грязная), Sn £ ПДК (вода чистая). Подставив в эти неравенства значения Sn по формуле (3.1) и пре­образуя их, получим

, (11)

обозначим левую часть неравенства через j’:

(12)

Отношение (3.20) получило название показателя относительной нагрузки потока загрязняющим веществом, Здесь, как и для Sn, если j’> 1 — вода грязная, если j’< 1 — вода чистая; j’=l – отвечает предельным условиям нагрузки водоема загряз­няющим веществом.

8. Индекс загрязненности воды (ИЗВ) рассчитывается на основе на­блюденных концентраций в j-ом контрольном створе в t-ый период времени – C[j,i,t],где i =1,N – индекс ингредиентов, N – количес­тво ингредиентов, наблюдаемых в контрольном створе в t-ый период времени. Расчет ИЗВ в j-ом створе реки, Iz, проводится по форму­ле:

, (13)

где: N1 = 6 – количество выбранных для расчета ингредиентов, из кото­рых обязательными являются растворенный О2 и БПК-5, а ос­тальными – четыре первых ингредиента из ранжированного (по кратности превышения ПДК) убывающего ряда концентра­ций; T – количество значений i-го ингредиента за расчетный период; Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента.

Принадлежность качества воды водотока конкретному классу оп­ределяется сопоставлением значения соответствующему интервалу из­менений значений ИЗВ. При этом различают следующие 7 классов:

Расчет значений удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ) в j -ом створе реки проводится по следующей формуле:

, (14)

где Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента; N[j,i] – количество превышений i-ой концентрацией Cпдк[i] за период наблюдений Т, т.е. количество раз выполнения неравенства:

(15)

Т – общее количество наблюдений в j-ом створе за i-ой концентра­цией ингредиента.

Рассчитанное значение УКИЗ соответствует различным классам качества воды, приве­денными в табл. 12.

Таблица 11 – Классификация качества воды по критерию ИЗВ

Iz	Класс качества воды	Характеристика уровня загрязненности
[0,0; 0,3)		ОЧЕНЬ ЧИСТАЯ
[0,3; 1,0)		ЧИСТАЯ
[1,0; 2,5)		УМЕРЕННО-ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[2,5; 4,0)		ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[4,0; 6,0)		ГРЯЗНАЯ
[6,0; 10,0)		ОЧЕНЬ ГРЯЗНАЯ
>=10,0		ЧРЕЗВЫЧАЙНО-ГРЯЗНАЯ

Таблица 12 – Классификация качества воды по критерию УКИЗ

Класс качества воды	Описание класса	Величина УКИЗ
	Очень чистая	(0.1)
	Чистая
	Умеренно- загрязненная	(1.3 ]
	Загрязненная	(3.4 ]
	Грязная	(4.10 ]
	Оченьгрязная	> 10