Источники информации о загрязнении поверхностных вод

Введение. 
Загрязнение водных объектов, так же как и загрязнение атмосферы, сложный, многофакторный и весьма динамичный процесс. Концентрации различных загрязняющих веществ, присутствующих в водной среде, характеризуются сложной временной динамикой и зависят от:

-интенсивности поступления в  водоемы;

-скорости процессов самоочищения  и осаждения;

-объема водной массы, характера  и скорости ее движения.

Каждый из перечисленных факторов загрязнения относительно независим от других и обладает собственной динамикой. Загрязняющие вещества поступают в водоемы со сточными водами от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунально-бытовой сферы, с поверхностным стоком за счет смыва с загрязненных территорий, при осаждении из атмосферы, от вторичных химических процессов трансформации поллютантов, от естественных источников.

 
Источники информации о загрязнении поверхностных вод.

Объемы сточных вод определяются ходом процессов их образования и накопления на предприятиях и в быту. Особенностью процессов загрязнения водных объектов является резкая изменчивость, связанная с возможностью залповых сбросов из емкостей-накопителей, как технологически обусловленных, так и аварийных. Смыв с загрязненных территорий также крайне неравномерен во времени и происходит при стоке дождевых и талых вод, а также во время паводков. Осаждение из атмосферы определяется присутствием в ней осаждающихся (вымывающихся) примесей и наличием соответствующих метеорологических условий. 
Интенсивность процессов самоочищения зависит от состояния экосистемы водоема, температуры воды и скорости течения. Объемы воды в водных объектах зависят от комплекса гидрологических факторов и характеризуются внутри- и межгодовой изменчивостью. Поэтому уровни загрязнения водных объектов в разных регионах изменяются по сезонам неодинаково, в зависимости от гидрологического режима, а также характера загрязнения и его источников. Формирование сравнительно повышенных уровней загрязнения отмечается в следующих случаях:

-при относительно стабильном  поступлении загрязнения и пониженном  расходе воды, в условиях низкой  летней или зимней межени;

-при массированном поступлении  загрязнений (в том числе взвешенных  частиц) с поверхностным стоком, во время весенних и дождевых паводков;

-при залповых сбросах, вне зависимости  от состояния водоема.

В последнем случае последствия определяются как масштабами сброса, так и интенсивностью самоочищения. Известно, что последствия аварийных сбросов многократно усугубляются, когда их воздействию подвергаются холодные воды умеренного пояса зимой либо арктического и субарктического поясов в любой сезон. 
Мониторинг загрязнения поверхностных вод ведется с помощью стационарных постов. Периодичность отбора проб и состав контролируемых ингредиентов определяются в зависимости от категории поста (I—IV категории), согласно ГОСТу 17.1.3.07-82 [75]. Обязательная программа, реализуемая на постах, включает:

-визуальные наблюдения (гибель  рыбы и других организмов, появление  посторонних окрасок, запаха, пены, пленок и т.п.);

-гидрологические измерения (уровень  и расход воды, скорость течения, температура воды, цветность, прозрачность, мутность);

-гидрохимические определения (рН, ЕЙ, ХПК, БПК5, минерализация, содержание кислорода и углекислого газа, главных ионов, биогенных веществ, основных поллютантов).

Определения по обязательной программе проводятся во все фазы водного режима: весенние половодье, дождевые паводки, летнюю и зимнюю межень. На постах 1—111 категорий, кроме того, ежемесячно проводятся наблюдения по сокращенной программе, без определения веществ, концентрации которых обычно не превышают ПДК. На постах I и II категорий проводится также ежедекадный и ежедневный контроль по отдельным параметрам. Программа наблюдений по гидробиологическим показателям является рекомендательной и включает определение с той или иной периодичностью показателей по фитопланктону, зоопланктону, зообентосу, перефытону.

Стационарные посты общегосударственной сети наблюдений дополняются ведомственными, функционирующими с различной периодичностью на водоемах, используемых для рыбоводства, а также для водоснабжения и водоотведения. Водоемы — источники питьевого водоснабжения, а также рекреационные контролируются санитарно-эпидемиологической службой. Обобщенные результаты наблюдений на гидропостах публикуются в «Гидрологических ежегодниках», «Гидрохимических бюллетенях», «Ежегодниках качества поверхностных вод Российской Федерации», «Ежегодниках состояния экосистем поверхностных вод», «Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды».

Исходные данные об объемах и основных ингредиентах, содержащихся в сточных водах, сбрасываемых крупными водопользователями, имеются в статистических формах 2-ТП (водхоз) и обобщающих материалах (Государственные доклады о состоянии окружающей среды, Ежегодники). При картографировании диффузного загрязнения от малых рассредоточенных источников следует использовать расчетные методы, поскольку даже в тех случаях, когда по сельскохозяйственным предприятиям имеются статистические формы 2-ТП (водхоз), содержащиеся в них сведения не конкретизируются по объектам в пределах территорий хозяйств.

Интенсивность перемешивания воды. 
Интенсивность перемешивания воды в реках зависит от турбулентности потока, что, в свою очередь, контролируется характером рельефа и донных отложений. По этим условиям реки подразделяются на равнинные, предгорные (низкогорные) и горные; им соответствует слабая, средняя и сильная интенсивность перемешивания. По температурным характеристикам выделяется три категории рек со средними температурами в летнее время до 15°, 15-20°, выше 20°.

Сочетание характеристик перемешивания и температур позволяет выделить четыре категории условий самоочищения за счет трансформации загрязняющих веществ: благоприятные, относительно благоприятные, средние, неблагоприятные. Условия разбавления загрязняющих веществ определяются по среднегодовым расходам воды; по этому показателю реки подразделяются на шесть категорий. По сочетанию условий трансформации поллютантов и разбавления выделяется шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие.

Для озер основной фактор перемешивания воды — ветровое волнение. Оно оценивается через показатель относительной мел-ководности, определяемый как отношение средней ширины или (для изометричных водоемов) квадратного корня из площади к средней глубине. 
По сочетанию этого показателя и средних температур за летние месяцы выделяются те же четыре градации условий трансформации поллютантов, что и для рек. В качестве показателя условий разбавления загрязняющих веществ для озер используется их объем (шесть градаций). 
 
Количественное картографирование самоочищения выполняется при крупномасштабных работах и базируется на прогнозе на основе известных зависимостей скоростей трансформации конкретных веществ от температуры среды.

При количественном картографировании предметом изображения являются не параметры самоочищения (их перевод из табличной формы в картографическую, с учетом температурных характеристик, возможен, но обычно нецелесообразен), а прогнозируемые результаты процессов самоочищения. Рассчитывается распространение веществ от мест их поступления в реку к определенным датам и ожидаемые концентрации по створам.

Наиболее эффективным средством решения такой задачи является математическое моделирование потоков загрязнений с визуализацией результатов методом графической мультипликации в виде карт-фильмов. Использование такой методики наиболее целесообразно при определении последствий реальных или возможных аварийных залповых сбросов, когда можно пренебречь поступлением аналогичных поллютантов от диффузных источников.

По сочетанию условий трансформации и разбавления поллютантов для озер выделяются те же шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие. Градации, выделяемые по указанным признакам, относятся к довольно крупным регионам, что позволяет решать задачи малкомасштабного картографирования.

Для передачи указанных характеристик самоочищения применяют линейные знаАи (для рек) и ареалы (для водоемов), с использованием на многокрасочных картах «принципа светофора»: оттенков зеленого, желтого и красного цветов, сменяющих друг друга по мере ухудшения условий. На черно-белых картах используются штриховки, густота которых увеличивается по мере ухудшения условий. 
 
 
Методы картографирования загрязнения поверхностных вод. 
Информационные источники и методы картографирования загрязнения поверхностных вод различны для карт разных масштабов. Для создания обзорных мелкомасштабных карт бывает достаточно публикуемой в ежегодниках информации о средних многолетних уровнях загрязнения по гидропостам, а также об объемах и структуре сбросов по городам. В этом случае линейными знаками (для рек) и ареалами (для озер и водохранилищ, выражающихся в масштабе карты) характеризуются классы качества воды для протяженных участков крупных рек и озер, структурными знаками — уровни и состав загрязнения, объемы и состав сбросов, картограммами — техногенная нагрузка на речные бассейны. При более детальном картографировании линейные знаки, характеризующие качество воды, дифференцируются по веществам.

При средне- и крупномасштабных исследованиях данные, заимствованные из статистических источников, целесообразно дополнять расчетными характеристиками диффузного загрязнения от сельскохозяйственных источников и сельских населенных пунктов, с использованием коэффициентов разбавления (KP). 
При изучении диффузного загрязнения от источников в сельской местности картографируемая территория подразделяется на водосборные бассейны определенного порядка, в зависимости от масштаба исследования. Так, при картографировании масштаба 1:200 ООО целесообразно выделение бассейнов третьего порядка (по Стралеру-Философову), а также оконтуриваемых ими межбассейновых пространств (территорий, относящихся непосредственно к бассейну основной реки или к бассейнам более низкого порядка, чем рассматриваемый). В пределах каждого бассейна путем анализа картографических источников и статистических данных определяют все действующие источники загрязнения поверхностных вод: населенные пункты, животноводческие комплексы и фермы, промышленные и коммунально-бытовые предприятия, места размещения сельскохозяйственной и транспортной техники. 
Нормирование загрязнения гидросферы базируется на гигиеническом принципе. Предельно допустимые концентрации устанавливаются, исходя из минимальных возможностей вредных воздействий. Но вредные воздействия на человека или ихтиофауну достаточно часто бывают связаны не только с техногенными, но и с природными причинами. Едва ли не в любом геохимическом ландшафте имеет место дефицит одних элементов и избыток других. С другой стороны, известно, что для водной среды ПДК тяжелых металлов установлены по валовым содержаниям, тогда как токсичны лишь свободные ионы. В результате по ряду веществ ПДК фактически установлены на уровне природного фона или даже ниже его, что искажает картину распределения уровней загрязнения и затрудняет использование интегральных показателей качества воды.

Важной частью картографирования загрязнения вод суши является картографирование самоочищения поверхностных вод. Картографирование самоочищения поверхностных вод может выполняться на качественном или количественном уровне исследования. Первое используется в мелко- и среднемасштабных, оценочных работах, выполняемых для больших территорий. Второе становится возможным при крупномасштабных исследованиях, посвященных анализу конкретных ситуаций, прогнозированию последствий возможных и реальных случаев загрязнения.

Качественное картографирование условий самоочищения подразделяет водные объекты на ряд категорий по параметрам, определяющим условия самоочищения: интенсивности перемешивания; температурам воды в летние месяцы; условиям разбавления загрязняющих веществ.

Интенсивность перемешивания воды в реках зависит от турбулентности потока, что, в свою очередь, контролируется характером рельефа и донных отложений. По этим условиям реки подразделяются на:

• Равнинные
• предгорные (низкогорные)
• горные

Им соответствует слабая, средняя и сильная интенсивность перемешивания соответственно. По температурным характеристикам выделяется три категории рек со средними температурами в летнее время до 15, 15-20, выше 20.

Сочетание характеристик перемешивания и температур позволяет выделить четыре категории условий самоочищения за счет трансформации загрязняющих веществ: благоприятные, относительно благоприятные, средние, неблагоприятные.

Условия разбавления загрязняющих веществ определяются по среднегодовым расходам воды; по этому показателю реки подразделяются на шесть категорий. По сочетанию условий трансформации поллютантов и разбавления выделяется шесть градаций интегральных условий самоочищения.

Для озер основной фактор перемешивания воды - ветровое волнение. По сочетанию этого показателя и средних температур за летние месяцы выделяются те же четыре градации условий трансформации поллютантов, что и для рек. В качестве показателя условий разбавления загрязняющих веществ для озер используется их объем (шесть градаций).

По сочетанию условий трансформации и разбавления поллютантов для озер выделяются те же шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие. Градации, выделяемые по указанным признакам, относятся к довольно крупным регионам, что позволяет решать задачи малкомасштабного картографирования.