Глава 2. Методические приемы оценки антропогенной трансформации природных комплексов озер и их водосборов

Антропогенное загрязнение естественных водоемов началось много веков назад, постоянно возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время достигло планетарных масштабов. Растущая озабоченность относительно качества природных, питьевых вод, вод хозяйственного назначения, безопасности сточных вод привела различные международные организации и объединенные регулирующие органы к необходимости составления перечня приоритетных загрязнителей и выработки соответствующих правил для их контроля.

Изучению Полесских озер, их гидрологии, гидрохимии, истории образования и развития, типизации и роли в хозяйственном освоении Припятского Полесья посвятили свои работы О.Ф.Якушко, М.В.Лавринович, А.П.Пидопличко, Т.А.Попова, В.П.Захаренков, Л.Б.Науменко, Н.И.Дрозд, В.Т.Завриев, В.Н.Киселев, М.З.Лопотко, К.И.Лукашев и другие исследователи.

Для оценки воздействия на природные комплексы озер и их водосборов используются следующие методы:

Гидробиологический метод был использован при изучении видового состава и количественного развития гидробионтов – высшей водной растительности, фито- и зоопланктона, зообентоса в соответствии с методиками.

Одним из эффективных методов исследования качества воды является биоиндикация – определение по наличию организмов – биоиндикаторов.

Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или интенсивность которых служит показателем каких - либо естественных процессов или условий окружающей среды, наличие определенных веществ в воде или почве, степени загрязнения. Методы биоиндикации применимы только к водоемам, имеющим собственную биоту. Они учитывают реакцию на загрязнение целых сообществ водных организмов или же отдельных систематических групп. Основными показателями является уменьшение видового разнообразия (в 2, в 4, а иногда и в десятки раз) и изменения обилия водных организмов. Причем обилие может, как снижаться (при очень высоком уровне загрязнения), так и расти по сравнению с нормальным состоянием. Этот рост объясняется тем, что в водоемах, особенно при их загрязнении органическими веществами, могут выжить немногие, но устойчивые к загрязнению, виды животных. Например, некоторые виды рачков, сине-зеленые водоросли.

Считаются индикаторами очень чистой воды – ручейники, пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, вислокрылок.

Некоторые виды способны жить в умеренно загрязненных водоемах – это бокоплавы, водяные ослики, личинки мошек, двустворчатые моллюски – шаровки, битини, лужанки, личинки стрекоз и пиявки. Личинки комаров – звонцов, личинки иловой мухи, малощетинковые кольчецы (трубочники), используются как организмы – индикаторы сильного органического загрязнения, но среди этого семейства есть немало видов, обитающих только в чистой воде.

Для проведения физико-химического анализа воды необходимо правильно провести пробоотбор. В зависимости от цели исследования, проба воды для анализа может быть получена несколькими способами:

- путем однократного отбора всего количества воды, нужного для анализа;

- путем смешанных проб, отобранных одновременно в разных местах исследования водоема.

Таблица 1.1 - Определение класса качества вод[ ]

Класс каче-ства воды	Степень загрязненности воды	По фито-планктону, зоопланкто-ну, перифи-тону	По зообентосу	По бактериопланктону
		Индекс сапробности по Пантле и Букку, баллы	Отношение общей чис-ленности олигохет к общей численнос-ти донных организмов	Биоти-ческий индекс по Ву-дивиссу, баллы	Общее количе-ство бактерий 106кл/мл	Количе-ствоса-профит-ных бак-терий, 103кл/мл	Отноше-ние обще-гоколиче-ствабакте-рий к ко-личествусапрофит-ных бактерий
	очень чистые	Менее 1,00	1-20		Менее 0,5	Менее 0,5	Более 103
	чистые	1,00-1,50	21-35	7-9	0,5-1,0	0,5-5,0	Более 103
3	умеренно загрязненные	1,51-2,50	36-50	5-6	1,1-3,0	5,1-10,0	103-102
	загрязненные	2,51-3,50	51-65		3,1-5,0	10,1-50,0	Менее 102
	грязные	3,51-4,00	66-85	2-3	5,1-10,0	50,1-100,0	Менее 102
	очень грязные	Более 4,00	86-100	0-1	Более 10,0	Более 100,0	Менее 102

В озерах, где течение воды резко замедленно, качество воды может быть неоднородным на различных участках (здесь возможно возникновение вторичных источников загрязнения) поэтому в этих водоемах обычно берут серию проб по глубине. Для получения достоверных результатов следует проводить как можно быстрее.

Гидрохимическим методом исследуется химический состав вод озер, водотоков, атмосферных осадков. Отбор проб и анализы физико-химических свойств воды проводили по общепринятым методикам.

Большинство известных элементов, входящих в состав вод в сравнительно больших количествах, существуют в виде ионов. Их можно разделить на три группы.

I группа - ионы, составляющие основную часть природных вод: катионы: K, Na, Ca, Mg; анионы: Cl, SO₄, CO₃, HCO₃

II группа - ионы, находящиеся в малых количествах в водах специального состава: катионы: Ba, Pb, Zn, Cu, Mn, Fe, Fe, Al; анионы: Br, I, PO₄

III группа - ионы, находящиеся в загрязненных водах: NO₂, NO₃, S, PO₄

Анализ воды на ее химический состав можно проводить как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Химический анализ воды позволяет получить показатели для оценки качества воды.В соответствии с санитарными нормами, питьевая вода должна быть безвредна по химическому составу, безопасна в эпидемическом отношении и иметь благоприятные органолептические свойства.

Экологическое состояние озер и оценка состава и свойств озерных вод и степени пригодности для конкретных видов использования производится по критериям качества − признакам, удовлетворяющим видам водопользования. В настоящее время пригодность озерных вод для использования лимитируется различными нормативами и стандартами, такими как Санитарные правила и нормы 2.1.2.12-33-2005 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод от загрязнения».

Нормативы качества вод определяют допустимые(предельные величины) показателей физико-химического состава и биологического состояния вод и их свойств, отвечающие требованиям потребителей. Понятие «класс качества вод» включает оценку состояния качества вод, объединенных комплексом нормативных величин, показателей, связанных с функционированием водных экосистем и требованиями водопользователей. Наиболее высокие требования предъявляют питьевое, санитарно-бытовое и рыбохозяйственное водопользование.

Несмотря на широко применяемую практику использования величин ПДК для оценки качества вод для водопользователей, следует сказать, что они не могут служить объективными критериями качества вод, поскольку для одного и того же вещества в зависимости от видов водопользования могут устанавливаться различные значения. В настоящее время намечается тенденция к сглаживанию ПДК различных водопользователей, а также использования комплексных оценок состояния качества вод.

По санитарному признаку устанавливаются микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечных палочек в единице объема).

Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ.

Органолептические свойства включают температуру, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.

Оценка качества воды на основе экологических нормативов осуществляется для определения состояния водных объектов на основе экологической классификации поверхностных вод.Система экологической классификации качества поверхностных вод включает 3 классификационные группы: солевого состава, эколого – санитарных показателей и показателей состава, биологического действия специфических веществ.

Определение класса и категорий качества воды осуществляется по методикам, изложенным в соответствующих нормативных документах.

Индекс загрязнения воды. Оценка качества воды и сравнение современного состояния водного объекта с установленными в прошлые годы характеристиками проводятся на основании индекса загрязнения воды (ИЗВ) по гидрохимическим показателям. Этот индекс рассчитывается нормированием по ПДК шести показателей качества воды: растворенного кислорода, биологического потребления кислорода, содержания фенолов, аммиачного и нитратного азота, нефтепродуктов:

ИЗВ=1/6 ∑С_n/ ПДК_n, (1)

где С_n – концентрация веществ в воде, ПДК_n – его предельно допустимая концентрация.

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения.

Для водных объектов удобно устанавливать так называемые маркерные характеристики, позволяющие составить представление об общем характере загрязнения, не осуществляя полной программы измерений. Важной характеристикой геоэкологического состояния аквальных комплексов являются также донные отложения. Аккумулируя тяжелые металлы, радионуклиды и высокотоксичные органические вещества, донные отложения, с одной стороны, способствуют самоочищению водных сред, а с другой – представляют собой постоянный источник вторичного загрязнения водоемов.

При изучении загрязнения точечными источниками отбор проб проводят ниже и выше по течению места сброса вод.

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В соответствии с величиной индекса определяют качество вод (таблица 1).

Таблица 1.1 - Классификация качества поверхностных вод[ ]

Класс качества воды	Величина ИЗВ	Характеристика качества
	менее или равно 0,3	Чистая
II	более 0,3-1,0	относительно чистая
III	более 1,0-2,5	умеренно загрязненная
IV	более 2,5-4,0	Загрязненная
V	более 4,0-6,0	Грязная
VI	более 6,0-10,0	очень грязная
VII	более 10,0	чрезвычайно грязная

Предельно допустимые концентрации (ПДК) – это установленный уровень концентрации веществ в воде, при превышении которого вода считается непригодной для определенного вида водопользования. ПДК, как правило, задаются в виде конкретного значения концентрации.

При оценке качества воды в водоемах коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования учитывают класс опасности вещества. Его определяют в зависимости от токсичности, кумулятивности, мутагенности вещества. Различают 4 класса опасности веществ: 1 – чрезвычайно опасные;2 – высоко опасные;3 – опасные;4 - умеренно опасные.

Водные объекты считаются пригодными для коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования, если одновременно выполняются следующие условия:

1. Не нарушаются общие требования к составу и свойству воды для соответствующей категории водопользования;

2. Для веществ, принадлежащих к 3 и 4 классам опасности выполняются условие С ≤ ПДК, где

С – концентрация вещества в водном объекте, г/м³;

3. Для веществ, принадлежащих к 1 и 2 классу опасности выполняются условие:

где – соответственно концентрация и ПДК i-го вещества 1 или 2 класса опасности.

Водные объекты считаются пригодными для рыбохозяйственного водопользования при одновременном выполнении следующих условий:

· Не нарушены общие требования к составу и свойствам воды для соответствующей рыбохозяйственной категории;

· Для веществ, принадлежащих к одинаковому ЛПВ (лимитирующие признаки вредности), выполняется условие

ПДК в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования (ПДКвр) концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни.

ПДК в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.

Коэффициент концентрации. Для оценки загрязнения водных растений в водных объектах использован коэффициент концентрации (Kc) который служит мерой аномальности содержания элемента в водных растениях и донных осадках относительно. В качестве приоритетных загрязняющих элементов определены: Ni, Cu, Pb, Zn, Ti, Cr, V, Mn. Расчет производится по формуле:

K_c=K_i/K_f (3)

где K_i – содержание i-того элемента в пробе, г/т; K_f - среднее содержание того же элемента в фоновой выборке для озер Беларуси.

Индекс содержания тяжелых металлов в растениях. Для интегральной оценки степени загрязнения водных объектов рассчитан индекс содержания тяжелых металлов в растениях (I_pm) который представляет собой суммарное отношение величины коэффициентов концентрации (накопления) элементов (K_c) к числу элементов, и рассчитывается по формуле:

I_{pm =} (4)

где,

K_{1, 2,..i} – содержание элемента (Ni, Cu, Pb, Zn, Ti, Cr, V, Mn);

K_{1f, 2f,..if} – фоновая величина для соответствующего элемента;

n – число показателей, используемых для расчета.

В величина индекса близкая к 1 соответствует фоновому содержанию элементов. Величина индекса менее 0,1 характеризует очень чистые озера (группа Ι), от 0,1 до 1,0 – чистые (группа ΙΙ), от 1,01 до 2,0 – слабо загрязненные (группа ΙΙΙ), от 2,01 до 3,0 – умеренно загрязненные (группа ΙV), выше 3,0 – сильно загрязненные (группа V). При такой градации индекса содержания тяжелых металлов в водных растениях основное количество обследованных водоемов (65 %) относятся к незагрязненным.

Таким образом, можно заключить, что самыми распространенными показателями оценки воздействия хозяйственного влияния на экологическое состояние озер являются ИЗВ, ПДК, гидробиологические, гидрохимические показатели.