Методики оценки качества водоемов по комплексу гидрохимических показателей

https://www.ievbras.ru/ecostat/Kiril/Library/Book1/Content235/Content235.htm

Гидрохимический индекс загрязения воды (ИЗВ)

ИЗВ установлен Госкомгидрометом СССР [Временные методические.., 1986] и относится к категории показателей, наиболее часто используемых для оценки качества водных объектов (впрочем, необходимость его применения не подтверждается ни одним из опубликованных позже официальных нормативных документов). Этот индекс является типичным аддитивным коэффициентом и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов:

, (3.9)

где: C_i – концентрация компонента (в ряде случаев – значение физико-химического параметра); n – число показателей, используемых для расчета индекса, n = 6; ПДК _i – установленная величина норматива для соответствующего типа водного объекта.

Для расчета индекса загрязнения вод для всего множества нормируемых компонентов, включая водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК₅ и содержание растворенного кислорода, находят отношения C_i / ПДК _i фактических концентраций к ПДК и полученный список сортируют. ИЗВ рассчитывают строго по шести показателям, имеющим наибольшие значения приведенных концентраций, независимо от того превышают они ПДК или нет.

При расчете ИЗВ для составляющих C_i / ПДК _i по неоднозначно нормируемым компонентам применяется ряд следующих условий:

• для биологического потребления кислорода БПК₅ (ПДК – не более 3 мг O₂/дм³ для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг O₂/дм³ для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования) устанавливаются специальные значения нормативов, зависящие от самого значения БПК₅ :

• концентрация растворенного кислорода нормируется с точностью до наоборот: его содержание в пробе не должно быть ниже 4 мг/дм³, поэтому для каждого диапазона концентраций компонента устанавливаются специальные значения слагаемых C _i /ПДК _i:

• для водородного показателя pH действующие нормативы для воды водоемов различного назначения регламентируют диапазон допустимых значений в интервале от 6,5 до 8,5, поэтому для каждого сверхнормативного значения pH, выходящего за границы этого диапазона, устанавливаются специальные значения слагаемых C _i / ПДК _i:

Вызывает недоумение требование методики: “При равенстве величин C _i / ПДК_i предпочтение дается веществам, имеющим токсикологический признак вредности”, поскольку результат расчета ИЗВ никак не зависит от того, какие ингредиенты попали в отбираемую "шестерку".

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 3.6). Устанавливается требование, чтобы индексы загрязнения воды сравнивались для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее), а также с учетом фактической водности текущего года.

Таблица 3.6.

Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды

Показатель химического загрязнения воды (ПХЗ-10)

Суммарный показатель химического загрязнения вод, названный авторами [Критерии оценки.., 1992] "формализованным", рассчитывается по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК с использованием знакомой (см. 3.5) непритязательной формулы суммирования воздействий:

ПХЗ-10 = (С₁/ ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ +... + С₁₀/ ПДК₁₀),

где ПДК_i – рыбохозяйственные нормативы; С_i – концентрация химических веществ в воде.

При определении ПХЗ-10 для химических веществ, по которым "относительно удовлетворительный" уровень загрязнения вод определяется как их "отсутствие", отношение С/ПДК условно принимается равным 1.

Для установления ПХЗ-10 рекомендуется проводить анализ воды по максимально возможному числу показателей. Настораживает своей категоричностью следующее требование авторов методики: “ПХЗ-10 рассчитывается только при выявлении зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия”. Здесь налицо явная нелогичность – для того, чтобы получить право рассчитать ПХЗ-10, нужно иметь мнение о чрезвычайности ситуации, а для того, чтобы удостовериться в этой чрезвычайности, нужно рассчитать ПХЗ-10...

Комбинаторный индекс загрязненности

В гидрохимической практике используется и несколько измененный, по сравнению с ИЗВ, метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения [Васильева с соавт., 1998]. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК_вр – К_i, повторяемости случаев превышения Н _i, а также общий оценочный балл – B_i:

K _i = C_i / ПДК _i
H_i = N _ПДК i / N_i
B_i = K_i · H_i ,

где С_i – концентрация в воде i -го ингредиента; ПДК _i – предельно допустимая концентрация i -го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения; N _{ПДК i} – число случаев превышения ПДК по i -му ингредиенту; N_i – общее число измерений i -го ингредиента.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна единицы, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды.

Методика НИИ гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана

Для определения степени загрязнения [Новиков с соавт., 1987] используются четыре критерия вредности, по каждому из которых сформирована определенная группа веществ и специфических показателей качества воды:

• критерий санитарного режима (W_c), где учитывается растворенный кислород, БПК₅, ХПК и специфические загрязнения, нормируемые по влиянию на санитарный режим;
• критерий органолептических свойств (W_ф), где учитывается запах, взвешенные вещества, ХПК и специфические загрязнения, нормируемые по органолептическому признаку вредности;
• критерий, учитывающий опасность санитарно-токсикологического загрязнения (W_ст), где учитывается ХПК и специфические загрязнения, нормируемые по санитарно-токсикологическому признаку;
• эпидемиологический критерий (W_э), учитывающий опасность микробного загрязнения.

Одни и те же показатели могут входить одновременно в несколько групп. Комплексная оценка вычисляется отдельно для каждого лимитирующего признака вредности (ЛПВ) W_c, W_ф, W_ст и W_э по традиционной формуле "псевдокомпенсации":

,
d _i = C_i / N_i ,

где W – комплексная оценка уровня загрязнения воды по данному ЛПВ, n – число показателей, используемых в расчете; N_i – нормативное значение единичного показателя (чаще всего N_i = ПДК _i).
Если d _i < 1, т.е. концентрация менее нормативной, то принимается d _i = 1.

По особым формулам рассчитываются вклады для содержания растворенного кислорода и взвешенных веществ. Растворенный кислород нормируется по нижнему уровню значения, т.е. его содержание должно быть меньше4 мг/л, поэтому при C_i < 4для него принято

d _i = 1 + 10(N_i - C_i ) / N_i.

Для взвешенных веществ также предложены специальные формулы, учитывающие требования "Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" [1991].

Поскольку сами по себе рассчитанные показатели ни о чем не говорят, к формулам прилагается также традиционная классификационная таблица диапазонов значений комплексных оценок W (см. таб. 3.7).

Таблица 3.7

Степень загрязнения водоемов в зависимости от значений комплексных показателей W, рассчитанных по лимитирующим признакам вредности

Метод классификации качества вод по В.П. Емельяновой.

Весьма оригинальное предложение содержится в работах В.П. Емельяновой с соавт. [1979, 1980], которые предлагают вообще обойтись без вычисления баллов по отдельным показателям. Комплексная оценка загрязнения воды определяется как относительное число показателей, превышающих тот или иной уровень концентрации: ПДК, 10•ПДК, 30•ПДК и т. д. Предложенный способ обобщения сразу избавляет от всех проблем, связанных с определением балльных оценок. Правда, при этом не учитывается различие биологического воздействия веществ. В целом же способ очень прост и может оказаться эффективным.

Экотоксикологический критерий по Т.И. Моисеенко [1995]

Степень загрязнения токсическими веществами оценивается традиционной суммой превышений концентрации соответствующих элементов (C_i) к их предельно допустимым концентрациям (ПДК _i): X_токс = S C_i / ПДК _i

Особым образом оценивается группа следующих показателей: сульфат-ионов, содержания взвешенных веществ и общей минерализации, по которым кратность превышения концентраций относится не к ПДК, а к максимальным фоновым значениям:

X_ф-х = S (C_i / C_фон.maxi –1).

Для оценки эвтрофирования вводится специальный показатель эвтрофикации

X_эвт = K× (C_фос / C_{фон.фос} –1),

где C_фос и C_{фон.фос} – анализируемые и фоновые значения концентраций минерального фосфора, К – дополнительный коэффициент, зависящий от оценки состояния водоема (для мезотрофных водоемов К = 2, а для эвтрофных К = 3).

Общий индекс загрязнения определяется по вполне ожидаемой формуле:

X_сум = X_токс + X_ф-х + X_эвт.

Комплексная оценка загрязненности вод по Г.Т. Фрумину и Л.В. Баркану [1997]

Для каждого ингредиента рассчитывается частная функция желательности Харрингтона по формуле: . Показателем степени этой функции является безразмерная величина P_i, рассчитываемая с помощью выражения

P_i = b₀ + b₁ * C_i / ПДК _i ,

где C_i иПДК _i – наблюдаемая и предельно допустимая концентрации i -го ингредиента, b₀ и b₁ – специально рассчитанные коэффициенты, зависящие от типа ингредиента и класса качества воды (sic! – для того, чтобы рассчитать оценку класса качества нужно знать класс качества?).

Обобщенная функция Харрингтона D определяется как среднегеометрическое частных показателей желательности

D = (d₁ d₂ d₃ … d_n)^1/n .

К описанию метода прилагается традиционная табличка, разъясняющая, как следует понимать рассчитанное значение обобщенного показателя D:

Согласно принципу мажоритарности средних, среднегеометрическая по численному значению меньше, чем среднеарифметическая, поэтому описанный подход дает более жесткую оценку качества воды, чем, например, традиционно используемый в системе Роскомгидромета индекс загрязненности вод ИЗВ.