Бессточные водоемы Казахстана. Том 2. Качество воды - София Романова

В основу учебного пособия также положены многолетние систематические, комплексные, экспериментальные (в полевых и стационарных условиях) исследования автора на водоемах и водотоках Прибалкашья и Приертисья, которые проведены в соответствии с утвержденными и действующими наставлениями и инструкциями.

Применены следующие методики: экспедиционная и лабораторная (экспериментальная) – определение гидрохимических параметров в объектах; расчетно-аналитическая-статистическая обработка обширного материала по гидрохимии водоемов и водотоков (1941-2004 гг.). Комплексность проведенных исследований предусматривает использование специфических материалов по гидрохимии, гидробиологии, почвоведению, метеорологии, гидроэкологии водных объектов.

При рассмотрении пространственного распространения элементов химического состава в воде оз. Балкаш рекомендуем пользоваться гидрохимическим районированием акватории озера по М.Н. Тарасову [1]. Для выяснения вопроса, имеет ли место вертикальная стратификация компонентов химического состава, пробы воды отбирались в поверхностных (0,5 м) и придонных слоях.

Согласно рекомендациям Гидрохимического института Роскомгидромета определение неустойчивых компонентов воды (рН, НСО-, СО2 , NO", NH4, окисляемость, О2, СО2) проводилось сразу после отбора проб, остальных – в лаборатории после консервирования соответствующими реагентами.

Для определения компонентов химического состава воды были применены общепринятые в гидрохимической практике методы. Проверка указанных методов показала, что процент ошибок не превышал допустимых значений их погрешности. Все пробы воды и почвы анализировались минимум в трех-четырехкратной повторности. Для получения достоверных выводов применялась математическая обработка.

Расчет компонентов карбонатно-кальциевого равновесия производили по методике и рекомендациям О.А. Алекина, Н.П. Моричевой [2] и автора [3] без учета образования ионных пар и комплексов.

Расчет показателя стабильности проводился согласно ГОСТ 3313-46:

где: рНиссл – концентрация водородных ионов исследованной воды; рНнас – концентрация водородных ионов, соответствующая предельному ее насыщению карбонатом кальция. При Св = 1 вода считается стабильной; если Св > 1 – вода пересыщена карбонатом кальция и способна к выделению солей жесткости; когда Св < 1 – вода ненасыщенна карбонатом кальция, коррозионная вследствие наличия в ней агрессивного СО2 и способна к дополнительному растворению СаСО3. Точность показателя стабильности достоверна с надежностью 95 % и оценена по нормальному закону с учетом накопления относительных ошибок.

Расчет предельно допустимой карбонатной жесткости проводился по формуле Г.Е. Крушеля [4]:

Жпред = 2,86 + ОК/8,4 – Жн к /(6-ОК/7) (при t °C = 40), где: Жпред – предельно допустимая карбонатная жесткость (ммоль/л экв.), Жнк – некарбонатная жесткость (ммоль/л экв.), ОК – окисляемость перманганатная (мгО/л), t °C – температура воды.

Метод комплексной оценки качества поверхностных вод , разработанный учеными КазНИИМОСК, Министерства Охраны Окружающей Среды под руководством академика М.Ж. Бурлибаева позволяет более точно, чем другие методы определить и классифицировать загрязненность вод по гидрохимическим показателям с учетом класса опасности ингредиентов. В связи с этим был использован расчет в виде программы «Fortran for MS DOS» [5]. По данной программе нами рассчитан ИЗВ оз. Балкаш за 1958, 1986, 1987, 2001 гг.

Метод комплексной оценки качества поверхностных вод сводится к определению индекса загрязненности вод (ИЗВ), более известного из гидрохимической практики, как определение кратности превышения фактической концентрации загрязняющего вещества собственной предельно допустимой концентрации с соответствующими дополнениями и уточнениями «Методических рекомендаций по формализованной комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям (Роскомгидромет, Москва, 1988)».

Перечень загрязняющих веществ, по которым определяется КИЗВ, устанавливается РГП «Казгидромет» МООС РК, согласно международным правилам мониторинга окружающей среды и официально публикуемым в «Ежегодных данных о качестве поверхностных вод Республики Казахстан».

Весь перечень ингредиентов, по которым ведутся гидрохимические анализы, условно разделен на следующие группы:

– главные ионы (Ca, Mg, Na+K, SO4, Cl и др.);

– биогенные элементы (NH4, NO3, NO2, Pобщ, фосфаты, Si и др.);

– тяжелые металлы (Cu, Zn, Pb, Cd, Cr(3,6), Mn, Hg, Ni, Fe(2,3), Co, Mo, Bi и др.);

– ядовитые вещества (CN, CNS, F, H2S, As, нитробензол и др.);

– органические вещества (нефтепродукты, смолы, углеводы, жиры, фенолы, СПАВ и др.);

– хлорорганические пестициды, фосфорорганические пестициды, гербициды, зооциды и др.

Определение КИЗВ для каждой группы ингредиентов химического состава воды производится по формуле:

где: КИЗВj – индекс загрязненности вод j-й группы; Сi – i-я концентрация ингредиента из j-й группы, мг/л; ПДКi – i-я предельно допустимая концентрация, соответствующая Сi, мг/л; n – количество ингредиентов из j-ой группы, участвующих в определении КИЗВ.

Полная формула применительно для групп главных ионов имеет вид:

КИЗВги = (КИЗВСа + КИЗВМg+ КИЗВNa+K+ КИЗВSO4 + КИЗВСl)/n, где: КИЗВги – средневзвешенный индекс загрязненности воды по группе главных ионов; КИЗВСа – индекс загрязненности воды по ионам кальция; КИЗВМg – индекс загрязненности воды по ионам магния; КИЗВNa+K – индекс загрязненности воды по сумме ионов натрия и калия; КИЗВSO4 – индекс загрязненности воды по сульфатным ионам; КИЗВСl – индекс загрязненности воды по хлоридным ионам; n – число ингредиентов, участвующих в определении группового КИЗВ, равное в данном случае 5.

Напомним, что для определения индивидуального КИЗВ используется соотношение, показывающее кратность превы-шения фактической концентрации ингредиента собственного ПДК, а именно:

КИЗВi = Ci/ПДКi где: КИЗВi – индивидуальный ИЗВ для конкретного ингредиента, мг/л; Ci – i-ая концентрация ингредиента, мг/л; ПДКi – i-я предельно допустимая концентрация, соответствующая i-му ингредиенту, мг/л.

Определение средневзвешенного КИЗВ для группы биогенных веществ производится по аналогии с КИЗВ главных ионов:

КИЗВБЭ = (КИЗВNH4 + КИЗВNO2 +КИЗВNO3 + КИЗВSi + КИЗВP)/ n.

После вычисления индексов загрязненности вод для всех 6-ти групп контролируемых загрязняющих веществ определяется комплексный индекс загрязненности вод по формуле:

КИЗВ = (КИЗВ1 + КИЗВ2 …+ КИЗВj): nj где: КИЗВ – комплексный индекс загрязненности вод в контролируемом створе водотока, являющийся интегральным показателем загрязнения вод;

nj – число групп загрязняющих веществ.

При классификации водных объектов по степени загряз-ненности кроме общих и групповых индексов обязательно должны быть приведены данные по насыщению водного объекта растворенным кислородом и данные по расходу биохимического потребления кислорода на окисление органических веществ (таблица 1).

Особо следует отметить, что КИЗВ для условных групп определяются только с помощью ингредиентов, которые превышают собственные ПДК, потому как для ингредиентов не превышающих собственные ПДК, заранее причисляем их к не загрязняющим элементам.

Как видно из такого определения, оценка качества поверх-ностных вод действительно становится комплексной. Общий КИЗВ для отдельных условных групп может быть определен с помощью всех ингредиентов, входящих в эту группу, независимо от превышения или не превышения своих ПДК. Также не лишено смысла определение группового КИЗВ по ингредиентам превышающим свои ПДК. При такой постановке вопроса, получаемые КИЗВ приводят к двойному результату, то есть если в первом случае КИЗВ является средневзвешенным и нивелированным показателем загрязненности, то во втором случае КИЗВ будет действительным показателем загрязненности, учитывающим фактическое загрязнение.

Таблица 1

Классификация водных объектов по степени загрязнения по результатам КИЗВ

Для получения объективной оценки загрязненности водного объекта нами рассчитан КИЗВ для каждого месяца, периода половодья и паводков, летне-осенне-зимней межени и в годовом разрезе. При постоянстве количества групп условного объединения ингредиентов, число компонентов, участвующих в определении средневзвешенного группового ИЗВ, менялось, в зависимости от наличия данных гидрохимического анализа за рассматриваемый период. Кроме того, оценка качества воды для ирригационных целей произведена по методике и рекомендациям [6, 7].