Экологический мониторинг водных объектов челябинской области, ка


ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ, КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ СТРАТЕГИИ БЕЗОПАСНОСТИ

Кривопалова З.Ф.

Российский НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов, Челябинск, Россия

Щадрина Л.Ф., Дайнатова Л.И.

Челябинский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Челябинск, Россия

Челябинская область относится к регионам с пониженной устойчивостью к антропогенному воздействию. Это было доказано материалами комиссии по изучению экологической ситуации (созданной по распоряжении. Президента РФ, 03.11.90г.) и при апробации методических указаний, разработанных Министерством Экологии РФ (1994г.) «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия». Исследования показали, что город Карабаш соответствует зоне экологического бедствия, а город Магнитогорск – зоне чрезвычайной экологической ситуации.

Наиболее динамической частью окружающей среды, ее адекватным индикатором, быстрее реагирующей на любые изменения являются водные ресурсы.

С целью слежения за негативными изменениями на ранней стадии степенью риска, своевременного принятия соответствующих мер, необходимо совершенствовать современную систему мониторинга.

Есть разные нормы качества воды для различных видов водопользования и, соответственно им, различные его определения. В зависимости от поставленной цели – изменяется смысл понятия. Последний может быть техническим (потребительским) и экологическим. Поэтому возникла потребность в разработке метода оценки не только с точки зрения рыбохозяйственных и санитарно-гигиенических требований, но и с точки зрения экологических, т.е. состояния «здоровья» экосистемы.

Недостатком существующей системы оценки состояния водоема является то, что эта оценка отражает лишь возможности использования водоема, но не отражает его экологического состояния. На основании этих данных разрабатываются соответствующие водоохранные мероприятия. Однако, эффективность их на низком уровне по причине необъективности оценки.

В настоящее время система государственного мониторинга представляет режимные наблюдения за загрязнением поверхностных вод по физическим и химическим показателям. Критериями оценки состояния водных объектов являются рыбохозяйственные нормативы: предельно допустимые концентрации и ориентировочно безопасные уровни воздействия вредных веществ, а также комплексные показатели качества — ИЗВ (индекс загрязненности воды) и УКИЗВ (удельный комбинаторный индекс загрязненности воды). Последний введен в действие ГУ «Гидрохимический институт» Росгидромета с 2002 года.

В отличие от ИЗВ, применяемого ранее для оценки степени загрязненности воды, новый метод позволяет оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества воды. Этот метод дает возможность выделить приоритетные загрязняющие вещества, критические показатели загрязненности воды (когда наблюдается устойчивая, либо характерная загрязненность высокого или экстремально высокого уровней загрязненности воды). Однако, этот метод не учитывает местные, региональные особенности. Так, недра Челябинской области хранят запасы руд металлов, то и в поверхностных водах наблюдается повышенное содержание меди, цинка, марганца, никеля, обусловленное естественным, природным геохимическим фоном. По данным мониторинга поверхностных вод на территории Челябинской области за 2005-2007г.г. были рассчитаны УКИЗВ для водных объектов, значения которых возросли, по сравнению со значениями ИЗВ, за счет вклада металлов. В результате качество воды многих водных объектов было переведено в более низкий класс.

В 2004г. введен в действие руководящий документ Росгидромета «Оценка риска антропогенного воздействия приоритетных загрязняющих веществ на поверхностные воды суши». Они разработаны на основе результатов сбора и обобщения многолетней режимной гидрохимической и гидробиологической информации и оценки пространственной, внутригодовой и межгодовой изменчивости комплекса приоритетных показателей состояния пресноводных экосистем России. Экологическая оценка риска антропогенного воздействия приоритетных загрязняющих веществ на поверхностные воды суши определяется характером последствий антропогенного воздействия и включает оценку неблагоприятных изменений экосистемы на основе комплексного анализа как биотических, так и абиотических компонентов. В число абиотических факторов неблагоприятных антропогенных изменений состояния водной среды пресноводных экосистем включают такие системообразующие интегральные гидрохимические показатели качества воды, как растворенный кислород, легкоокисляемые органические вещества и азот аммонийный, а также расчетные показатели, характеризующие долю и степень антропогенного воздействия. В число биотических критериев неблагоприятных антропогенных изменений включают количественные показатели развития тех сообществ водных организмов, которые наиболее объективно отражают последствия усиления процессов антропогенного эвтрофирования и экологического регресса, скорость и направленность которых определяется характером и уровнем антропогенного воздействия.

Однако применение этого метода в оценке экологического состояния водных объектов на территории Челябинской области в настоящее время является преждевременным, поскольку не организован еще гидробиологический мониторинг.

В 1993 году Европейской экономической комиссией ООН по проблемам окружающей среды и водных ресурсов разработаны «Руководящие принципы экосистемного подхода в водохозяйственной деятельности». В отношении оценки состояния экосистемы определены следующие требования:

— информация должна разрабатываться на базе существующих наблюдений и по мере необходимости дополняться комплексными программами;

— отражать адекватную реакцию водного объекта на воздействие и определять ее в количественном выражении;

— использовать новые параметры экосистемы, которые в настоящее время не учитываются;

— отражать влияние на качество воды, как источников поступления веществ, так и процессы их миграции и трансформации.

Следует предположить, что наиболее объективно будут свидетельствовать о состоянии экосистемы гидробиологические показатели. Однако, до сих пор не существует общепринятая классификация качества воды на основе биологических параметров. Эти показатели не включены в сеть государственного мониторинга, не выявлена их роль в формировании водной среды и механизм развития экосистемы.

Следует также учесть следующие обстоятельства:

— действие загрязняющих веществ на биологические системы разного уровня имеет свою специфику, и зачастую проявляется при разных концентрациях;

— разные биоценозы водоема разрушаются при различных видах и интенсивности антропогенного воздействия;

— при сбросе в водный объект сточных вод необходимо учитывать приспособительные возможности его обитателей;

— не совпадает оценка качества воды, которая определяется по разным видам гидробионтов.

Понятно, что универсальных нормативов для биологических параметров не может быть, а только на конкретный водный объект.

Таким образом, возникают значительные трудности в оценке экологического качества воды, требуется новая информация, банк данных и мониторинг. Кроме того, необходимо учитывать экологические функции воды, которые проявляются в следующих трех основных аспектах:



— водный объект как коллектор поступающих загрязняющих веществ;

— водный объект как реактор физико-химических и биологических процессов;

— водный объект как среда обитания, имеющая предел нагрузки, не допускающей до необратимых изменений водной экосистемы.

К сожалению, не выявлены еще возможности поддержания и восстановления этих экологических функций.

На основании изложенного материала можно приблизительно определить основные требования к экологической оценке качества воды:

— использовать не только концентрацию веществ, но и процессы, в результате которых она формируется;

— использовать специфику природных (рек, озер) и искусственных (водохранилищ) водных объектов;

— анализировать показатели, влияющие на «жизнедеятельность» водной экосистемы – гидрохимические, гидробиологические, гидрологические;

— выявлять негативные изменения, свидетельствующие о приближении опасности перехода экосистемы в необратимое состояние.

В настоящее время оценить экологическое состояние водного объекта не представляется возможным. Но по мере накопления знаний и апробации их на практике предполагается поэтапное достижение нормы экологического качества воды. Под этим понимается количественный предел допустимого воздействия изменения экосистемы водной среды под действием деструктивной нагрузки. Прогнозируется три этапа:

— включение в оценку величины, отражающую направленность происходящих процессов (самоочищения, загрязнения) по гидрохимическим показателям.

— к гидрохимической составляющей оценки подключается гидробиологическая. Через сеть государственного мониторинга организуется банк данных по функционированию экосистемы и прежде всего, продукционных и деструкционных процессов.

— введение принципа комплексности, заключающего в охвате всех компонентов экосистемы. Комплексная оценка должна включать составляющие – возможность использования, способность к самовосстановлению и предел недопустимости перехода экосистемы в необратимое состояние.

В настоящее время разрабатываются разные подходы к оценке качества воды водоема на уровне первого этапа.

В 2007г. вступил в действие новый Водный кодекс, согласно которому предусматривается расширение поля деятельности государственного мониторинга: включается состояние дна и берегов водного объекта, а также водоохранных зон (статья 30). Наблюдения должны проводиться за водохозяйственными системами и режимом использования водоохранных зон.

Использование данных мониторинга преследует и установление нормативов допустимого воздействия на водные объекты (статья 35), а также при оценке состояния и использования водохранилищ (статья 45).

Специалисты ЮжУралНИИВХ совместно с ГУ «Челябинский ЦГМС» используют новый параметр – индекс направленности процессов (ИНП). Последний отражает количественную величину качественных изменений во времени и пространстве. Из показателей особое внимание уделяют тем, которые связаны с биотичесой составляющей экосистемы. Это азот, фосфор (минеральные и органические формы) и органическое вещество (легко и трудноокисляемое) Содержание последних суммируется из веществ, возникших в процессе жизнедеятельности организмов по всем трофическим уровням, а также поступивших с водосборной площади.

Процедура оценки состояния водного объекта включает следующие этапы:

1. расчитываются приходные и расходные статьи водного и химического баланса водного объекта или отдельных его участков;

2. определяется ИНП – изменение стока растворенных веществ на замыкающих створах (в абсолютных и относительных величинах); понижение величин свидетельствует о наличии самоочищающей способности, повышение – о загрязнении (экологической напряженности);

3. для разных экологических ситуаций разрабатываются соответствующие градации ИНП в определенном диапазоне величин; отдельно – при наличии самоочищающей способности – от слабой и до очень сильной (таблица 1), приэкологической напряженности – от относительно удовлетворительной до катастрофической (таблица 2);

4. на замыкающем створе водного объекта или его участка рассчитывается в долях ПДК концентрация исследуемого показателя;

5. оценка состояния водного объекта в целом определяется как произведение величин ИНП и ПДК, и в соответствии с градациями экологическая ситуация оценивается от удовлетворительной до экологического бедствия.

Таблица 1 Оценка самоочищающей способности водоема

Величина отклонения стока растворенных веществ от поступления в водоем, %, ИНП

Оценка ситуации

11-30

слабая

31-50

средняя

51-70

значительная

71-90

сильная

> 90

очень сильная

Таблица 2 Оценка экологической напряженности водоема

Величина отклонения стока растворенных веществ от поступления в водоем, %, ИНП

Оценка ситуации

11-30

относительно удовлетворительная

31-50

напряженная

51-70

критическая

71-90

кризисная

> 90

катастрофическая

В связи с тем, что основными источниками водоснабжения Челябинской области являются искусственные водные объекты – водохранилища, предложен метод оценки экологического состояния с учетом их особенностей.

Предлагаемая методика в своей основе имеет следующие положения:

1. в водохранилище комплекс внутриводоемных процессов приобретает иную направленность, чем в реке, на которой оно сооружено;

2. оценка состояния водохранилища может быть дана только при рассмотрении как единого целого системы «река-водохранилище»;

3. физическим фоном, на котором происходят внутриводоемные процессы и, в частности, трансформация растворенных веществ, служит гидрологический режим;

4. критериальной основой оценки состояния системы «река-водохранилище» является соотношение величин трансформации химического и водного стоков.

Различают три состояния: фоновое, аккумулятивное и азональное.

За фоновое условно принимается состояние, где изменение химического стока прямо пропорционально водному. Отклонение от этой закономерности свидетельствует о преобладании изъятия ингредиентов из водной среды – аккумулятивное состояние, или обогащение ее – азональное состояние.

С целью оценки ситуации используют расчетный и графический способы.

Апробацию данного метода проводили на разных типах водных объектов Челябинской области и подвергающихся разной степени антропогенному воздействию: реки Миасс и Урал с водохранилищами, Каслинская и Чебаркульская системы озер. Полученные данные не только позволили определить экологическую оценку водоемов и водотоков, но и рассчитать предельно допустимую нагрузку антропогенного воздействия.

Таким образом, внедрение экосистемного подхода в мониторинг загрязнения водных объектов позволяет:

1. обеспечивать проведение диагностики на ранних этапах нарушений в экосистеме, выявить степень риска для водных объектов;

2. получить информацию для разработки соответствующих водоохранных мероприятий.

На примере наших исследований можно сделать вывод, что важнейшими задачами реформирования мониторинга являются экологизация, дифференциация и оптимизация.