Существуют множество методов определяющих качество морской среды. Среди большого множества методов наиболее часто используемыми являются:

• Индекс Загрязнения Вод (ИЗВ)
• Предельно Допустимая Концентрация (ПДК)
• Методы оценки уровня эвтрофикации морских вод E-TRIX / BEAST

В качестве другого основного метода для описания качества вод и сравнения по этому параметру различных акваторий применяются расчетные значения индекса загрязненности вод (ИЗВ), позволяющие отнести воды исследуемого района к определенному классу чистоты.

Таблица ИЗВ.

Правила расчета индекса загрязненности вод определены «Методическими Рекомендациями по формализованной комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям» (Москва, Госкомитет СССР по гидрометеорологии, 1988). В этих Методических Рекомендациях для расчета оценки качества пресных вод по ИЗВ установлено использование шести показателей (ингредиентов), имеющих наибольшие значения, независимо от того, превышают они ПДК или нет. В набор включены показатели растворенного кислорода и БПК₅. Для морских вод при расчете индекса используют четыре параметра с обязательным включением в этот список растворенного кислорода. Для морских вод ИЗВ рассчитывается по формуле:

где С_i – концентрация трех наиболее значительных загрязнителей, среднее содержание которых в воде исследуемой акватории в наибольшей степени превышало ПДК. Четвертым обязательным параметром является содержание растворенного в воде кислорода, для которого значение в формуле рассчитывается делением норматива на реальное содержание.

Таблица Нормативов содержания растворенного в воде кислорода

Для пресных вод наиболее информативными комплексными оценками являются индексы загрязненности воды (комбинаторный КИЗВ и удельный УКИЗВ), класс качества воды и некоторые другие показатели (РД 2002). 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 пресной воды, проведенная на основе значений УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности: 1-й класс - условно чистая; 2-й класс - слабо загрязненная; 3-й класс - загрязненная; 4-й класс - грязная; 5-й класс - экстремально грязная.

Обязательный перечень показателей и ингредиентов для расчета комплексных оценок качества пресных вод содержит 15 позиций: 1. Растворенный в воде кислород, 2. БПК₅(О₂), 3. ХПК, 4. Фенолы, 5. Нефтепродукты, 6. Нитрит-ионы (NO₂), 7. Нитрат-ионы (NO₃), 8. Аммоний-ион ( NH₄⁺), 9. Железо общее, 10. Медь (Cu²⁺), 11. Цинк (Zn²⁺), 12. Никель (Ni²⁺), 13. Марганец (Mn²⁺), 14. Хлориды, 15. Сульфаты (РД 2002). В морских водах обычно не измеряют 2, 3, 14 и 15 позиции, зато очень распространено измерение концентрации общего азота и фосфора, фосфатов, СПАВ и ртути, часто необходимых для расчетов баланса биогенных элементов или являющимися характерными загрязнителями отдельных участков моря.

Кроме индекса ИЗВ для оценки уровня качества морских вод, по аналогии с расчетами показателей пресных вод (РД 2002), могут использоваться три коэффициента загрязненности вод:
1) комплексности - отношение числа веществ, содержание которых превышает норму, к общему числу нормируемых ингредиентов, определяемых на исследуемой акватории; незначительная комплексность загрязненности воды водного объекта (K < 10%) и более высокая комплексность (K > 10%).
2) устойчивости (повторяемость случаев загрязненности по отдельным ингредиентам) - количество проб, в которых обнаружено превышение ПДК; характеристика загрязненности воды по коэффициенту повторяемости – 1-10% единичная, 10-30% неустойчивая, 30-50% устойчивая и 50-100% характерная.
3) уровня – максимальная или средняя кратность превышения ПДК для каждого отдельного нормируемого ингредиента; Характеристика уровня загрязненности по кратности – 1-2 низкий, 2-10 средний, 10-50 высокий и более 50 экстремальный.

В начало страницы

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

На состояние растений и животных могут отражаться концентрации, существенно меньше ПДК. Например, загрязнения воздуха сернистым газом до концентрации в 10 раз меньшей ПДК вызывает хроническое или кратковременное поражение листьев растений, замедление роста, снижение урожайности.

Химический анализ проб воды и донных отложений производится в соответствии с методами, изложенными в разработанных в ГОИН руководящих документах: Руководство по химическому анализу морских вод (РД 52.10.243-92, 1993) и Определение загрязняющих веществ в морских донных отложениях и взвеси (РД 52.10.556-95, 1996).

Уровень загрязненности морских вод и донных отложений характеризуется концентрацией отдельного химического соединения или ингредиента в принятых для него единицах измерения, а также значением, кратным предельно допустимой концентрации (ПДК) этого загрязнителя в морской воде (табл. А.1). «ПДК представляет максимальную концентрацию вредного вещества, при которой в водоеме не возникает последствий, снижающих его рыбохозяйственную ценность. Экспериментально ПДК устанавливается по наиболее чувствительному звену трофической цепи водоема». Определение сделано в документе «Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения», утвержден приказом Руководителя Федерального агенства по рыболовству А.А. Крайнего №20 от 18 января 2010 г., зарегистрировано Министерством юстиции 9 февраля 2010 г., №16326.

Таблица Предельно допустимые концентрации отдельных загрязняющих веществ и биогенных элементов в морских и пресных водах (ПДК, 2010).

В начало страницы

Универсального метода оценки уровня эвтрофикации (трофности) морских вод и применяемых на практике общепринятых методик до настоящего времени не существует. Для каждого исследования по этому вопросу преобладает субъективный авторский подход, обычно связанный с выбором показателей и их количеством при расчетах различных экологических индексов. Обычно главное ограничение всех предлагаемых методов оценки связано с количеством измеряемых гидрохимических и биологических параметров и показателей морской среды. Среди наиболее часто рекомендуемых для научных исследований и использования в программах государственного мониторинга состояния природной среды в морях ЕС, в особенности в рамках ХЕЛКОМ, находятся расчетные индексы E-TRIX и BEAST, краткое описание которых с ссылками на первоисточники приводится далее.

Индекс E-TRIX

Для оценки уровня эвтрофикации морских вод в последние годы широко используется индекс трофности вод E-TRIX [1-6]. Этот индекс является интегральным комплексным показателем, который связывает характеристики потенциального уровня первичной продукции фитопланктона (содержание фотосинтетических пигментов, в основном хлорофилла «а») и концентрацию необходимых для развития микроводорослей питательных биогенных веществ (соединения азота, фосфора и кремния, последнее для строительства стенок клеток диатомовых водорослей). В расчетную формулу индекса E-TRIX входят следующие показатели:

1. концентрация хлорофилла «а» – как аналог биомассы фитопланктона;
2. отклонение насыщенности кислорода от 100% - как индикатор соотношения сложного совокупного механизма физико-химико-биологических процессов, отражающих в частности соотношение интенсивности первичной продукции органического вещества и его биохимического окисления;
3. концентрация общего фосфора и минерального азота, или других форм биогенных элементов – как показатель наличия в морской воде необходимого для развития фитопланктона количества питательных веществ

В расчетной формуле E-TRIX используются стандартные и наиболее часто измеряемые гидрохимические и гидробиологические характеристики морских вод:.

где Ch – концентрация хлорофилла «а», мкг/л;
D%O – отклонение в абсолютных значениях растворенного кислорода от 100% насыщения;
Nм – концентрация растворенных форм минерального азота, мкг/л;
Pо – концентрация общего фосфора, мкг/л.

Индекс E-TRIX изменяется в соответствии с уровнем эвтрофикации (трофности) вод в пределах от 0 до 10, а оценка категории трофности и состояния качества вод осуществляется по величине индекса (табл.1)

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ E-TRIX

Индекс E-TRIX позволяет оценить многолетнюю изменчивость уровня эвтрофикации (трофности) и качества морских вод. Использование в качестве примера индекса E-TRIX для вод Одесского региона Северо-Западного шельфа Черного моря позволяет выявить существенное уменьшение уровня эвтрофикации и, соответственно, органического загрязнения в водах Одесского залива (рис. 1).

Рис 1. Многолетняя изменчивость трофности и качества прибрежных вод Одесского региона СЗШ ЧМ по индексу E-TRIX.

---

Метод BEAST

Метод BEAST (The Black Sea Environmental Assessment Tool), используется для оценки качества морских вод и их уровня трофности, является модификацией ранее разработанного метода HEAT (HELCOM Eutrophication Assessment Tool) [7]. Основные принципы метода BEAST основаны на экологических дескрипторах и связаны с определением эвтрофикации согласно WFD: (I) - концентрация биогенов; (II) - уровень «цветения» водорослей, (III) - прозрачность воды, (IV) - распространение и встречаемость животных и растений и (V) - уровень кислорода.

Для проведения оценки используются:
RefCon - фоновое значение параметра;
Target – целевое значение параметра;
AcDev - допустимое отклонение от фонового значения (RefCon);
AcStat - значение параметра по результатам измерения, современное значение;
EQR (The Ecological Quality Ratio) - характеризует оценку качества вод по трофности.

RefCon является значением элемента качества воды, который характерен для высокого качества вод или существует с минимальными антропогенными изменениями, т.е. характеризует высокое качество вод. Используется в методе BEAST для сравнения степени изменения в окружающей среде. В методологии допустимо использование трех вариантов получения значений RefCon: (1) референтные сайты, (2) исторические данные и (3) моделирование. Экспертная оценка может быть использована как дополнение для уточнения результатов расчета пространственных моделей или если комбинация 1,2,3 невозможна по разным причинам. Расчет RefCon в методе BEAST основан на исторических данных и экспертной оценке. Целевые значения (Target) определяются по данным фоновых величин, которые были до периода эвтрофикации (обозначаются в методике как RefCon) с учетом допустимых отклонений от фона. Целевые значения Target принимаются для параметров, которые возрастают при увеличении эвтрофирования:

Target = RefCon + 0,5 • RefCon,

и для параметров, которые уменьшаются при увеличении эвтрофирования:

Target = RefCon - 0,2 • RefCon.

Оценка качества вод EQR (The Ecological Quality Ratio) в данной методике определяется по соотношению фактических значений наблюдаемых параметров (обозначаются в методике как AcStat) к целевым значениям (Target). Расчеты показателя EQR выполняются для каждого индикатора согласно соотношению AcStat / Target и далее усредняются в каждой группе индикаторов при равнозначном вкладе или с учетом принятой долевой части. Долевой вклад каждого индикатора устанавливается на основе экспертной оценки и находится в пределах от 25% до 75%, при сумме всех индикаторов в группе 100%. В группе неорганического фосфора и азота долевой вклад этих индикаторов обычно принимается 70% и 30%, соответственно.

Для оценки степени эвтрофирования входят три группы индикаторов: неорганический фосфор и азот; хлорофилл, биомасса фитопланктона, прозрачность вод, взвешенные вещества; растворенный кислород; придонные беспозвоночные животные. Набор индикаторов может изменяться в зависимости от набора их определения, уменьшаться или увеличиваться от количества определяемых параметров. Окончательная оценка качества и трофности вод соответствует наибольшему значению определенных средних EQR трех групп индикаторов. Конечная оценка качества вод находится в диапазоне от 0,5 до 2 и соответствует 5 классам (табл. 2).

Таблица 2. Шкала оценки качества вод по методу BEAST.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ BEAST

Анализ многолетней динамики индекса BEAST, который был проведен УкрНЦЭМ (г. Одсса) с использованием регулярно еженедельно определяемых параметров в прибрежных водах Одесского залива (неорганический фосфор, неорганический азот, хлорофилл «а», биомасса фитопланктона; концентрация растворенного кислорода) позволяет сделать вывод о постепенном, с однолетними выбросами, снижении уровня эвтрофикации и повышении качества вод контролируемой акватории (рис. 2).

Рис. 2. Многолетние годовые изменения состояния качества вод Одесского залива по методу BEAST в 2008-2015 гг.

Использованные источники

1. Vollenveider R. A. Characterization of the trophic conditions of marine coastal waters with special reference to the NW Adriatic Sea: proposal for a trophic scale turbidity and generalized water quality index [Text] / F. Giovanardi, G. Montanari, A. Rinaldi // Enviromentrics. – 1998. – № 9. – P. 329–357.
2. Vollenveider R. A. Eutrophication of waters: monitoring assessment and control [Text] / R. A. Vollenveider, J. J. Kerekes. – Paris : OECD, 1982. – 154 p.
3. Украинский В. В. Межгодовые изменения и тенденции в эвтрофикации вод Одесского региона северо-западной части Черного моря [Текст] / В. В. Украинский, Н. Н. Гончаренко // Український гідрометеорологічний журнал. – 2010. – № 7. – С. 211–219.
4. Тучковенко Ю. С. Оценка эвтрофикации вод Одесского региона северо-западной части Черного моря [Текст] / Ю. С. Тучковенко, О. Ю. Сапко // Вісник Одеського державного екологічного університету. – 2006. – Вип. 2. – С. 224–227.
5. Moncheva S. Eutrophication index ((E) TRIX) – an operational tool for the Black Sea costal water ecological quality assessment and monitoring [Text] / S. Moncheva, V. Doncheva // The Black Sea ecological problems SCSEO. – Odessa, 2000. – P. 178–185.
6. Коршенко А.Н., Ковалишина С.П. Эвтрофикация прибрежных вод Черного моря // Тезисы докладов международной научной конференции «Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала».- пгт. Кацивели, 15-18 сентября, 2014. – г.Севастополь, ЭКОСИ: Гидрофизика, 2014. - С.83-87.
7. Andersen J. H. Getting the measure of eutrophication in the Baltic sea: towards improved assessment principles and methods [Text] / J. H. Andersen, P. Axe, H. Backer, J. Carstensen and other // Biogeochemistry. – 2011. – № 106. – P. 137–156.