Государственный Океанографический Институт
Государственный Океанографический Институт

 

Сейчас на сайте

Сейчас 6 гостей онлайн
Нормативно-методические документы
Методики

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

 

ИНДЕКС ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОД (ИЗВ)

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.

КЛАСС КАЧЕСТВА ВОД

ДИАПАЗОН ЗНАЧЕНИЙ ИЗВ

Очень чистые

I

ИЗВ < 0,25

Чистые

II

0,25 < ИЗВ < 0,75

Умеренно загрязненные

III

0,75 < ИЗВ < 1,25

Загрязненные

IV

1,25 < ИЗВ < 1,75

Грязные

V

1,75 < ИЗВ < 3,00

Очень грязные

VI

3,00 < ИЗВ < 5,00

Чрезвычайно грязные

VII

ИЗВ > 5,00

 

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 Сi – 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

Содержание растворенного кислорода С, мг/л

Норматив,

мг/л

6 < С

6

5 < С < 6

12

4 < С < 5

20

3 < С < 4

30

2 < С < 3

20

 

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. БПК52), 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)

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).

Ингредиент/Класс опасности

Номер

Обозначение

ПДК, мг/дм3

ПДК, мкг/дм3

ПДК, нг/дм3

БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА

Аммиак (4) 53 NH3 nH2O для пресных вод - 0,05 50 -
Аммоний-ион(4) 54 NH4+ 0,5 (0,4 в пересчете на N)
2,9 при 13-34‰
500

2900
-
Нитрат-анион(4э) 603 NO3- для пресных вод - 40,0;
9,0 в пересчете на азот
40000
-
Нитрит-анион(4э) 608 NO2- для пресных вод - 0,08;
0,02 в пересчете на азот
80
-
Силикат калия(3) 757 K2SiO3 для пресных вод - 2,0 или 1,0 по SiO32- 1000
-
Фосфаты Na,K,Ca (4э) 935 PO4

0,05 олиготрофные водоемы;

0,15 мезотрофные;

0,2 эвтрофные

50;

 

150;

 

200

-

МЕТАЛЛЫ

Алюминий(4) 33 Al для пресных вод - 0,04 40 -
Барий(4) 93 Ba 2,0 при 12-18‰;
для пресных вод - 0,74

2000;

740

-
Ванадий(3) 141 V для пресных вод - 0,001 1 -
Железо(2) 344 Fe 0,05;
для пресных вод – 0,1

50;
100

-
Кадмий (2) 386 Cd 0,01
для пресных вод – 0,005
10;
5
-
Кальций (4э) 393 Ca 610 при 12-18‰;
для пресных вод – 180,0

-
Кобальт (3) 412 Co 0,005;
для пресных вод – 0,01
5;
10
-
Марганец двух- валентный (4) 496 Mn2+ 0,05;
для пресных вод – 0,01
50;
10
-
Медь (3) 501 Cu 0,005;
для пресных вод – 0,001
5;
1
-
Молибден (2) 556 Mo -
для пресных вод – 0,001
-
1
-
Мышьяк (3) 569 As 0,01;
для пресных вод – 0,05
10;
50
-
Никель (3) 671 Ni 0,01;
для пресных вод – 0,01
10;
10
-
Олово (4) 642 Sn -
для пресных вод – 0,112
-
112
-
Ртуть (1) 743 Hg 0,0001;
для пресных вод – 0,00001
0,01;
0,001
-
Свинец (3) 749 Pb 0,01;
для пресных вод – 0,006
10;
6
-
Хром трех- валентный (3) 995 Cr3+ -
для пресных вод – 0,07
-
70
-
Хром шести- валентный (3) 996 Cr6+ -
для пресных вод – 0,02
-
20
-
Цинк (3) 1018 Zn 0,05;
для пресных вод – 0,01
50;
10
-

ОРГАНИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), (4) 648 Detergents 0,1;
для пресных вод – 0,5
100;
500
-
Нефтепродукты (нефтяные углеводороды, НУ), (3) 600 Total Petroleum Hydrocarbons (TPHs) 0,05
50
-
Фенол/карболовая кислота (3) 910 Fenols С6Н6О фенол – 0,001
1,0
-
Хлорорганические токсиканты, в том числе ДДТ и его метаболиты (ХОП), полихлорбифенилы (ПХБ), альдрин, линдан и др. (1) 972 DDT, DDD, DDE, α-HCH, β-HCH, δ-HCH, γ-HCH (lindane), Chlorobiphenyls (PCBs) отсутствие, (условно – 0,00001)
0,01
10
Гексахлорциклогексан (гексахлоран). ГХЦГ Смесь изомеров 1,2,3,4,5,6- гексахлорциклогексана 163 HCHС6Н6Cl6 отсутствие, (условно – 0,00001)
0,01
10
ДДТ (1),инсектицид 196 DDT, DDD, DDE, C14Н9Cl5 отсутствие, (условно – 0,00001)
0,01
10
Ацетон (3) 83 С3Н6O 0,05
50
-
Бензол (4) 99 Benzen, С6Н6 0,5
500
-
α-Бромнафталин (1) 117 С10Н7Br отсутствие (0,000001) 0,001 1
Зенкор (1), гербицид 50 отсутствие (0,000001) 0,001 1
Арцерид (1), фунгицид 69 0,0007 0,7 700
Бульдок 025 ЕС (1), инсектицид 120 С6Н5Br отсутствие (0,0000001) 0,0001 0,1
Метафос (1),инсектицид 248 С8Н10NO5PS,Metaphos 0,00003 0,03 30
Дихлофос (1), акарицид, инсектицид 238 С4Н7O4PCl2,Dichlophos отсутствие (условно - 0,00001) 0,01 10
Хлорофос (1), инсектицид 259 С4Н8O4PCl3,Chlorophos 0,00002 0,02 20
2,4-Динитрофенол (2) 275 С6Н4N2O5,Chlorophos 0,0001 0,1 100
Эптам (1), гербицид 280 С9Н19NOS 0,00008 0,08 80
Дихлорбензол (2),смесь изомеров 293 С6Н4Cl2 0,001 1,0 1000
Кельтан/дикофол (1),инсектицид 295 С14Н9OCl5 0,00001 0,01 10
Пропанид/пропанил (2), гербицид 302 С9Н9NOCl2 0,0003 0,3 300
2,4-Дихлорфенол (1) 309 С6Н4OCl2 0,0001 0,1 100
Фозалон (1), пестицид 335 С12Н15ClNO4PS2 0,00001 0,01 10
Додецилбензол (2) 340 С18Н30 0,0001 0,1 100
Каратан (1), фунгицид 399 С18Н30 0,00007 0,07 70
Метатион/метилнитрофос/сумитион (1), инсектицид 507 С9Н12NO5PS 0,0000001 0,0001 0,1
Полихлорпинен (1) 705 0,00001 0,01 10
Тетрабутилолово (1) 820 TBT (С4Н9)4Sn 0,0001 0,1 100
Толуол/метилбензол (3) 846 С7Н8 0,5 500 -
Трибутиламин (1) 854 4Н9)3N 0,00005 0,05 50
Трихлорбензол (2),смесь изомеров 877 С6Н3Cl3 0,001 1,0 -
Трихлорфенол (1),смесь изомеров 883 С6Н3Cl3O 0,0001 0,1 100
Хлорбензол (3) 961 С6Н5Cl 0,001 1,0 -
2-Хлорфенол (1),смесь изомеров 983 С6Н5OCl 0,0001 0,1 100
Циклогексан (3) 1006 С6Н12 0,01 10 -

ОБЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Растворенный кислород Dissolved oxygen (O2) В подледный период - не менее 4,0 мг/л; В летний период – не менее 6,0 мг/л
Водородный показатель (рН) рН Не должен выходить за пределы 6,5-8,5
Биохимическое потребление кислорода (БПК5; БПКполное) BOD5; BODtotal При температуре 20ОС не должно превышать 3,0 мг/л
Взвешенные вещества (4) 143 Suspended solids ПДК 10,0 мг/дм3. Инертная природная минеральная взвесь, состоящая из неорганического осадочного материала (глинистые и обломочные материалы, горные породы, силикаты, карбонаты и др.) с дисперсностью частиц от 0,5 мкм. Для континентальной шельфовой зоны морей с глубинами более 8 м.
Сера элементарная (4) 755 S 10,0 мг/дм3

В начало страницы


МЕТОДЫ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЭВТРОФИКАЦИИ МОРСКИХ ВОД E-TRIX / BEAST

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;
– концентрация растворенных форм минерального азота, мкг/л;
– 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)

Значение E-TRIX

Уровень трофности

Качество вод

Характеристика качества вод

< 4

Низкий

Высокое

Высокая прозрачность вод, отсутствие аномалий цвета воды, отсутствие пресыщения и недосыщения растворенного кислорода.

4 - 5

Средний

Хорошее

Эпизодические случаи уменьшения прозрачности вод, аномалий цвета воды, гипоксии придонных вод.

5 - 6

Высокий

Посредственное

Низкая прозрачность вод, аномалии цвета воды, гипоксия придонных вод и эпизодические случаи аноксии.

> 6

Очень высокий

Плохое

Высокая мутность вод, обширные аномалии цвета воды, регулярная гипоксия на больших пространствах и частая аноксия придонных вод, гибель бентосных организмов.

 

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.

Границы класса качества

Значение EQR

Класс качества

EQR «RefCon»/«High»

< 0,5

High

EQR «High»/«Good»

0,5 - 1

Good

EQR «Good»/«Moderate»

1,01 - 1,5

Moderate

EQR «Moderate»/«Poor»

1,51 - 2

Poor

EQR «Poor»/«Bad»

> 2

Bad

 

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.


 

Поиск по сайту

.
 

.
 

.
 

.
 

.