УДК 551.463(210.5).002.637.003.12(018)
Крыленко В.И., Крыленко В.В.
О МЕТОДИКЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ИСТОЧНИКОВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИБРЕЖНОЙ АКВАТОРИИ МОРЯ
Донецк 2006 УКРАИНА ООО <ЭКОТЕХНОЛОГИЯ>
Защита прибрежной зоны от загрязнения при совместном воздействии
природных и антропогенных факторов является одной из важных проблем,
особенно при использовании побережья в рекреационных целях, когда, наряду
с гидрометеорологическими и климатическими условиями, первостепенную
роль приобретают пляжи. Сам термин <пляж" уже утратил свой геоморфоло-
гический смысл и приобрел смысл чисто рекреационный. Достаточная сте-
пень чистоты и эстетичности прибрежной зоны - одно из необходимых условий
для создания и функционирования приморских территориальных рекреаци-
онных систем, где чистая, здоровая, эстетически привлекательная прибрежная
зона является основой, то есть системообразующей подсистемой. Усиливаю-
щийся с каждым годом наплыв отдыхающих на пляжи популярных побере-
жий в целом отрицательно сказывается на состоянии прибрежной зоны, если
он не контролируется. Чрезвычайно актуальна и важна эта проблема для по-
бережья Черного и Азовского морей, где сосредоточена основная масса здрав-
ниц, зон отдыха, туризма и экскурсий. В этих условиях особую актуальность
приобретает необходимость решения проблемы защиты прибрежной зоны
Черного и Азовского морей от загрязнения. Однако, эта задача весьма слож-
ная, поскольку загрязнение водосборного бассейна и прибрежной зоны моря
формируют множество источников и причин природного и антропогенного
происхождения, как в береговой зоне, так и за её пределами. Для защиты от за-
грязнений применяют различные мероприятия юридического, экономическо-
го, технического, организационного, воспитательного, эстетического и др. ха-
рактера, имеющие различные технико-экономические и экологические пока-
затели, эффективность и сроки действия. Поэтому при наличии множества
различных принципиально возможных вариантов защитных мероприятий
весьма важным (а в условиях дефицита средств - и актуальным) является
правильный выбор защитных мероприятий, а для их оптимизации необходи-
мо знать долю вклада и степень важности всех источников и причин загрязне-
ния среды.
В ходе аналитического обзора автором данной рукописи не удалось
обнаружить публикации по следующим научно-прикладным проблемам:
а) комплексного анализа и сравнительной оценки природных и антропо-
генных процессов и явлений как факторов, источников и причин загрязнения
прибрежной акватории моря (в тчастности - и для черноморского побережья);
б) комплексного анализа и сравнительной оценки природных
факторов, процессов и явлений, действующих на территории
водосборного бассейна района исследований, как источников и причин об-
разования, накопления и транспортировки мелкодисперсных частиц и рас-
творенных веществ - загрязнителей прибрежной акватории моря;
в) комплексного анализа и сравнительной оценки воздействий природ-
ных терригенных и аквагенных факторов, процессов и явлений,
действующих в береговой зоне района исследований, как источников и
причин образования, накопления и транспортировки мелкодисперсных час-
тиц и растворенных веществ - загрязнителей прибрежной акватории моря;
г) комплексного анализа и сравнительной оценки антропогенных и при-
родно-антропогенных факторов, процессов и явлений, действующих на
территории водосборного бассейна района исследований, как источников
и причин образования, накопления и транспортировки мелкодисперсных час-
тиц и растворенных веществ - загрязнителей прибрежной акватории моря;
д) комплексного анализа и сравнительной оценки воздействий природ-
ных аквагенных факторов, процессов и явлений, действующих в
береговой зоне района исследований, на перенос и трансформацию за-
грязняющих веществ и самоочищение прибрежной акватории моря;
е) обобщающего количественного анализа и оценки вклада различных
процессов, явлений, источников и веществ в загрязнение прибрежной аква-
тории моря, а тем более - исследуемого района.
Поэтому автору пришлось практически самостоятельно, не имея
солидных аналогов, выполнить работы по выяснению этих проблем.
В данной рукописи предложена методика сравнительной санитарно-
гигиенической оценки величины и доли вклада природных и антропо-
генных процессов и явлений, как источников загрязнения прибрежной
акватории моря. Методика апробирована на примере участка Черномор-
ского побережья между мысами Дооб (в ?10км к югу от г.Новороссийска)
и Кодош (к С-З от г.Туапсе). Работа выполнена автором по своей ини-
циативе, с использованием доступных сведений по теме. Автор выражает
благодарность В.И.Крыленко за помощь в разработке методики (количе-
ственной оценки источников загрязнения моря) и в подготовке материа-
лов к опубликованию.
1. Выбор критериев для частной и комплексной оценки природных и антропо-
генных
процессов и явлений как источников загрязнения прибрежной акватории мо-
ря
1.1. Сведения по санитарно-гигиеническому
и экологическому нормированию
Современная концепция экологического нормирования в РФ и Ук-
раине определяет его как деятельность, направленную на установление
системы нормативов состояния и нормативов предельно допустимого
воздействия на экосистемы, необходимых для эффективного осуществ-
ления природоохранного управления. Предполагается, что нормативы
состояния должны основываться на тех характеристиках экосистем, ко-
торые наиболее информативно реагируют на антропогенное воздействие,
значимое для состояния данной экосистемы в целом. Подразумевается
также, что, в свою очередь, установление нормативов предельно допус-
тимых воздействий на экосистемы способствует регулированию загряз-
нения окружающей среды, изъятия природных ресурсов, ограничению
антропогенной трансформации экосистем [1]. Таким образом, развитие
экологического нормирования призвано обеспечить создание системы
реальных, отражающих фундаментальные природные процессы и воз-
можности современных технологий, ориентиров минимизации антропо-
генного воздействия.
Одним из международно-признанных инструментов снижения воз-
действия на окружающую среду является экологический менеджмент -
процесс внутренне мотивированной, инициативной деятельности эконо-
мических субъектов, направленной на последовательное улучшение в
достижении их собственных экологических целей и задач, реализации
проектов и программ, разработанных на основе самостоятельно приня-
той экологической политики.
В ряде документов РФ (в том числе, в переводах серии стандартов
ГОСТ Р ИСО 14000) термин "экологический менеджмент" заменен сло-
восочетанием "управление окружающей средой", что во многом затруд-
няет понимание сути описываемой деятельности. Строго говоря, окру-
жающая среда не является объектом управления (менеджмента) для эко-
номических субъектов. Планирование деятельности, мониторинг и кон-
троль непосредственно по отношению к объектам окружающей среды
предприятиями практически не осуществляются.
Основным объектом менеджмента являются различные экологиче-
ские аспекты деятельности предприятий (например, источники образо-
вания воздействия на окружающую среду, использование опасных ве-
ществ и материалов, экономическая эффективность экологической дея-
тельности и т.п.). В международных стандартах серии ISO 14000 эколо-
гический аспект определен как элемент деятельности предприятия, его
продукции или услуг, который взаимодействует или может взаимодейст-
вовать с окружающей средой.
Международный стандарт ISO 14001 содержит рекомендации в от-
ношении системы экологического менеджмента с тем, чтобы дать любой
организации возможность сформулировать политику и цели, принимая
во внимание требования законодательства, нормативно-технических ак-
тов и информацию о значимых экологических аспектах и о воздействии
на окружающую среду. В системе экологического менеджмента рассмат-
риваются те экологические аспекты деятельности организации, которые
она может контролировать, и влияния на которые можно ожидать.
Ядром системы экологического менеджмента является программа -
комплексный документ, описывающий организацию деятельности пред-
приятия в области экологического менеджмента, а также конкретные
мероприятия и действия по ее реализации, разработанные в соответст-
вии с экологической политикой, целями и задачами. При разработке
программ экологического менеджмента предприятия руководствуются
принципом последовательного улучшения, то есть достижения лучших
показателей во всех экологических аспектах деятельности предприятия,
там, где это практически возможно. При этом последовательное улучше-
ние необходимо демонстрировать, доказывать заинтересованным сторо-
нам: государственным органам, общественности, партнерам, инвесто-
рам, конкурентам.
Оценка выполнения программ экологического менеджмента, демон-
страция достижений осуществляются с использованием конкретных по-
казателей, отражающих характер деятельности организации в целом. В
числе таких показателей выделяют группы индикаторов, описывающих
эффективность системы экологического менеджмента, особенности
функционирования основных и вспомогательных производственных
процессов и состояние окружающей среды.
Показатель эффективности системы экологического менеджмента -
специфический индикатор, показатель, отражающий эффективность и
результативность внедрения, функционирования и развития системы
экологического менеджмента, проявляющиеся в характере деятельности
организации. Не вдаваясь в детали, отметим, что относительное измене-
ние числа обращений граждан с жалобами на нарушение предприятием
установленных нормативов или, напротив, возрастание активности со-
трудников, участвующих в разработке предложений по улучшению эко-
логической деятельности организации относятся к категории показате-
лей эффективности системы экологического менеджмента.
Показатель функционирования основных и вспомогательных про-
изводственных процессов - специфический индикатор, показатель, от-
ражающий информацию о реальных экологических параметрах произ-
водственных процессов. Наряду с широко распространенными в Россий-
ской Федерации показателями типа массы выбросов загрязняющих ве-
ществ в атмосферу, сбросов их в водные объекты и объемов размещения
отходов, предприятия используют внутренние количественных показа-
телей планирования деятельности в области экологического менеджмен-
та. Среди них следует отметить такие, как удельное потребление чрез-
вычайно опасных и высокоопасных веществ, удельные объемы рецик-
лируемых материалов и реагентов, удельные выбросы и сбросы загряз-
няющих веществ, удельное образование отходов и их накопление на тер-
ритории промышленной площадки и т.п.
Наконец, в тех случаях, когда это возможно, организации использу-
ют при разработке и оценке выполнения программ экологического ме-
неджмента показатели состояния окружающей среды, отражающие све-
дения о местных, региональных или глобальных особенностях состояния
окружающей среды.
Как видно, практически все показатели, применяемые в системах
экологического менеджмента, так или иначе связаны с нормативами
предельно-допустимого воздействия и нормативами состояния окру-
жающей среды. В самом деле, даже жалобы жителей на нарушения, со-
вершенные предприятиями, основываются на представлениях людей о
том, до какой степени воздействие экономических субъектов может ска-
зываться на состоянии природной среды. При планировании показате-
лей, отражающих функционирование производственных процессов, во
внимание принимается полнота использования ресурсов (связанная с
ограничением их изъятия), потери, типичные процедуры, например, об-
ращения с опасными материалами.
Оценка выполнения программ, действенности мер, направленных
на снижение антропогенного воздействия, подразумевает организацию
систематических наблюдений за изменением выбранных показателей.
Наиболее желательны те ситуации, в которых показатели являются из-
меримыми (в самом широком смысле слова), верифицируемыми не
только для самого предприятия, но и для других заинтересованных сто-
рон. Поэтому идентификация экологических аспектов, планирование
деятельности, выбор показателей, их обсуждение, согласование позиций
хозяйствующих субъектов, государственных органов, общественных ор-
ганизаций представляют собой один из основополагающих этапов разви-
тия системы экологического менеджмента.
1.2. Нормирование качества окружающей среды
В соответствии с природоохранительным законодательством РФ
нормирование качества окружающей природной среды производят с це-
лью установления предельно допустимых норм воздействия, гаранти-
рующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда,
обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство при-
родных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной дея-
тельности. При этом под воздействием понимается антропогенная дея-
тельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных,
культурных интересов и вносящая физические, химические, биологиче-
ские изменения в природную среду.
Определенная таким образом цель подразумевает наложение гра-
ничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факто-
ры среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем. Принцип
антропоцентризма верен и в отношении истории развития нормирова-
ния: значительно ранее прочих были установлены нормативы приемле-
мых для человека условий среды (прежде всего, производственной). Тем
самым было положено начало работам в области санитарно-
гигиенического нормирования. Однако человек не самый чувствитель-
ный из биологических видов, и принцип "Защищен человек - защищены
и экосистемы", вообще говоря, неверен. Экологическое нормирование
предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему.
Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой откло-
нение от нормального состояния системы не превышает естественных
изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у
живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. К настояще-
му времени известны лишь некоторые попытки учета нагрузки для рас-
тений суши и для сообществ водоемов рыбохозяйственного назначения
(несколько слов об этом будет сказано в разделе, посвященном нормиро-
ванию качества воды).
Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование
основаны на знании эффектов, оказываемых разнообразными фактора-
ми воздействия на живые организмы. Одним из важных понятий в ток-
сикологии и в нормировании является понятие вредного вещества. В
специальной литературе принято называть вредными все вещества, воз-
действие которых на биологические системы может привести к отрица-
тельным последствиям. Кроме того, как правило, все ксенобиотики (чу-
жеродные для живых организмов, искусственно синтезированные веще-
ства) рассматривают как вредные.
Установление нормативов качества окружающей среды и продуктов
питания основывается на концепции пороговости воздействия. Порог
вредного действия - это минимальная доза вещества, при воздействии
которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы фи-
зиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно
компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества
(или пороговое действие вообще) вызывает у биологического организма
отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатиче-
ских механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия ор-
ганизма).
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливают-
ся и утверждаются специально уполномоченными государственными ор-
ганами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-
эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития
науки и техники с учетом международных стандартов. В основе санитар-
но-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой
концентрации.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - нормативы, устанав-
ливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха,
воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа рабо-
тающих), которые при воздействии за определенный промежуток време-
ни практически не влияют на здоровье человека и не вызывают небла-
гоприятных последствий у его потомства.
Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирование охватывает
все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм,
хотя редко отражает комбинированное действие (одновременное или по-
следовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути
поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступления
вредных веществ в организм различными путями и с различными сре-
дами - с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного
воздействия всего многообразия физических, химических и биологиче-
ских факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные пе-
речни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном
содержании в атмосферном воздухе.
Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной инфор-
мации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации
(ВДК) - полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для
использования сроком на 2-3 года.
В публикациях иногда встречаются и другие характеристики за-
грязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ
вызывать нарушения физиологических функций организма, что в свою
очередь приводит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в
тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность - мера несовмес-
тимости вещества с жизнью.
Степень токсичности веществ принято характеризовать величиной
токсической дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к
единице массы животного или человека), вызывающим определенный
токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсич-
ность вещества. Различают среднесмертельные (ЛД50), абсолютно смер-
тельные (ЛД100), минимально смертельные (ЛД0-10) и др. дозы. Цифры в
индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсиче-
ского эффекта - в данном случае смерти - в группе подопытных живот-
ных. Следует иметь в виду, что величины токсических доз зависят от пу-
тей поступления вещества в организм. Доза ЛД50 (гибель половины под-
опытных животных) дает значительно более определенную в количест-
венном отношении характеристику токсичности, чем ЛД100 или ЛД0 [1],
[3]. В зависимости от типа дозы, вида животных и пути поступления, вы-
бранных для оценки, порядок расположения веществ на шкале токсич-
ности может меняться. Величина токсической дозы не используется в
системе нормирования.
Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют
качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и со-
стоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регу-
лируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к ис-
точникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К та-
ковым относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ
и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные
нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей при-
родной среды. В основу установления научно-технических нормативов
положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов
предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и
почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического
нормирования.
Научно-техническое нормирование предполагает введение ограни-
чений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения
окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые
потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воз-
действия в воздух, воду, почву. Таким образом, от предприятий требует-
ся не собственно обеспечение тех или иных ПДК, а соблюдение пределов
выбросов и сбросов вредных веществ, установленных для объекта в це-
лом или для конкретных источников, входящих в его состав. Зафикси-
рованное превышение величин ПДК в окружающей среде само по себе не
является нарушением со стороны предприятия, хотя, как правило, слу-
жит сигналом невыполнения установленных научно-технических норма-
тивов (или свидетельством необходимости их пересмотра).
1.3. Нормирование качества вод
Под качеством воды в целом понимают характеристику ее состава и
свойств, определяющую ее пригодность для конкретных видов водо-
пользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представ-
ляют собой признаки, по которым проводят оценку качества воды.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-
питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКВ) - это концен-
трация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого
или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни
и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиени-
ческие условия водопользования [1], [3].
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого
для рыбохозяйственных целей (ПДКВр) - это концентрация вредного ве-
щества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на попу-
ляции рыб, в первую очередь промысловых.
Нормирование качества воды состоит в установлении для воды вод-
ного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава
и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населе-
ния, благоприятные условия водопользования и экологическое благопо-
лучие водного объекта.
Правила охраны поверхностных вод устанавливают нормы качест-
ва воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого,
культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Вещество,
вызывающее нарушение норм качества воды, называют загрязняющим.
Виды водопользования на водных объектах определяют органы Ми-
нистерства природных ресурсов РФ и Государственного комитета РФ по
охране окружающей среды и подлежат утверждению органами местного
самоуправления субъектов РФ.
К хозяйственно-питьевому водопользованию относят использование
водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно-
питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой
промышленности. В соответствии с Санитарными правилами и нормами
СанПиН 2.1.4.559-96, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиче-
ском и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и
должна иметь благоприятные органолептические свойства.
К культурно-бытовому водопользованию относят использование
водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения.
Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового
водопользования, распространяются на все участки водных объектов,
находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использо-
вания объектами для обитания, размножения и миграции рыб и других
водных организмов.
Рыбохозяйственные водные объекты могут относиться к одной из
трех категорий:
- к высшей категории относят места расположения нерестилищ, мас-
сового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других про-
мысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого
типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и
растений;
- к первой категории относят водные объекты, используемые для со-
хранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой
чувствительностью к содержанию кислорода;
- ко второй категории относят водные объекты, используемые для
других рыбохозяйственных целей.
Предельно допустимая концентрация вещества в воде устанавлива-
ют:
А. для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользова-
ния (ПДКВ) с учетом трех показателей вредности: а) органолептического;
б) общесанитарного; в) санитарно-токсикологического.
Б. для рыбохозяйственного водопользования (ПДКВр) с учетом пяти
показателей вредности: а) органолептического; б) санитарного; в) сани-
тарно-токсикологического; г) токсикологического; д) рыбохозяйствен-
ного.
Органолептический показатель вредности характеризует способ-
ность вещества изменять органолептические свойства воды. Общесани-
тарный - определяет влияние вещества на процессы естественного само-
очищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием
естественной микрофлоры. Санитарно-токсикологический показатель
характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсиколо-
гический - показывает токсичность вещества для живых организмов,
населяющих водный объект. Рыбохозяйственный показатель вредности
определяет порчу качеств промысловых рыб.
Наименьшую из безвредных концентраций по трем (пяти) показате-
лям вредности принимают за ПДК с указанием лимитирующего показа-
теля вредности.
Рыбохозяйственные ПДК должны удовлетворять ряду условий, при
которых не должны наблюдаться:
- гибель рыб и кормовых организмов для рыб;
- постепенное исчезновение видов рыб и кормовых организмов;
- ухудшение товарных качеств обитающей в водном объекте рыбы;
- замена ценных видов рыб на малоценные.
На качество природных вод влияют природные и антропогенные факто-
ры. Формирование химического состава природных вод определяют в
основном две группы факторов:
- прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т.е. дей-
ствие веществ, которые могут обогащать воду растворенными соедине-
ниями или, наоборот, выделять их из воды): состав горных пород, живые
организмы, хозяйственная деятельность человека;
- косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает
взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический ре-
жим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия
и пр.
1.4. Классификация и оценка вод по интегральным показателям качест-
ва
К категории наиболее часто используемых показателей для оценки каче-
ства водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения во-
ды (ИЗВ) и гидробиологический индекс сапробности (S).
Комплексный показатель оценки качества воды - индекс загрязнен-
ности воды (ИЗВ) принят Госкомгидрометом в 1989г.; его, как правило,
рассчитывают по шести-семи показателям, которые можно считать гид-
рохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода,
водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК5)
является обязательной [1-2]:
ИЗВ=?i=1Ni (Сi*ПДКi/Ni), (1)
где Ci -концентрация i-го компонента (в ряде случаев - значение пара-
метра);
Ni - число показателей, используемых для расчета индекса;
ПДКi - установленная величина (ПДК или др.) i-го компонента для со-
ответствующего типа водного объекта.
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подраз-
деляют на классы. Индексы загрязнения воды сравнивают для водных
объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одно-
го и того же водотока (по течению, во времени, и так далее).
Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее
применение нашел так называемый индекс сапробности водных объек-
тов (S), который рассчитывают, исходя из индивидуальных характери-
стик сапробности видов, представленных в различных водных сообщест-
вах (фитопланктоне, перифитоне).
S=?i=1Ni(Si*hi)/?i=1Ni(hi), (2)
где Si - значение сапробности i-го гидробионта, которое задают специаль-
ными таблицами;
hi - относительная встречаемость i-х индикаторных организмов (в поле
зрения микроскопа);
Ni - число выбранных i-х индикаторных организмов.
Каждому виду исследуемых организмов присвоено некоторое услов-
ное численное значение индивидуального индекса сапробности, отра-
жающее совокупность его физиолого-биохимических свойств, обуслов-
ливающих способность обитать в воде с тем или иным содержанием ор-
ганических веществ. Для статистической достоверности результатов не-
обходимо, чтобы в пробе содержалось не менее двенадцати индикатор-
ных организмов с общим числом особей в поле наблюдения не менее
тридцати.
Индекс загрязнения воды и индекс сапробности следует отнести к
интегральным характеристикам состояния. Уровень загрязненности и
класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от
микробиологических показателей.
1.5. Общегосударственная служба наблюдений и критерии
контроля состояния окружающей среды
В 1972г. на базе станций гидрометеослужбы организована Общегосудар-
ственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды
(ОГСНК), построенная по иерархическому принципу. В обработанном и
систематизированном виде полученная информация представлена в ка-
дастровых изданиях, таких как "Ежегодные данные о составе и качестве
поверхностных вод суши" (по гидрохимическим и гидробиологическим
показателям). Основные задачи систематических наблюдений за качест-
вом поверхностных вод в системе ОГСНК можно сформулировать сле-
дующим образом: 1) систематическое получение как отдельных, так и
осредненных во времени и пространстве данных о качестве воды; 2)
обеспечение хозяйственных органов, а также заинтересованных органи-
заций систематической информацией и прогнозами изменения гидрохи-
мического режима и качества воды водоемов и водотоков и экстренной
информацией о резких изменениях загрязненности воды.
Порядок организации и проведения наблюдений в пунктах режим-
ных работ определены ГОСТом 17.1.3.07-82 и Методическими указания-
ми.
К задачам специальных наблюдений и исследований, определяемым
в каждом конкретном случае, относят:
- установление основных закономерностей процессов самоочищения;
- определение влияния накопленных в донных отложениях загрязняю-
щих веществ на качество воды;
- составление балансов химических веществ водоемов или участков во-
дотоков;
- оценка выноса химических веществ через замыкающий створ рек;
- оценка выноса химических веществ с коллекторно-дренажными во-
дами и др.
В основе организации и проведения наблюдений за качеством поверхно-
стных вод лежат следующие принципы:
- комплексность и систематичность наблюдений,
- согласованность сроков их проведения с характерными гидрологиче-
скими ситуациями,
- определение показателей качества воды едиными методами.
Соблюдение этих принципов достигают установлением программ кон-
троля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологиче-
ским показателям) и периодичности проведения контроля, выполнением
анализа проб воды по единым или обеспечивающим требуемую точность
методикам.
Параметры, определение которых предусмотрено обязательной про-
граммой наблюдений за качеством поверхностных вод по гидрохимиче-
ским и гидрологическим показателям, приведены в табл. 1 (согласно [1]).
Таблица 1
Параметры
Единицы измере-
ния
1
2
Расход воды (на водотоках)
м3/с
Скорость течения воды (на водо-
токах)
м/с
Уровень воды (на водоемах)
м
Визуальные наблюдения
-
Температура
?С
Цветность
градусы
Прозрачность
см
Запах
баллы
Кислород
мг/дм3
Диоксид углерода
мг/дм3
Взвешенные вещества
мг/дм3
Водородный показатель (рH)
-
Окислительно-
восстановительный
потенциал (Еh)
мВ
Хлориды (Cl-)
мг/дм3
Сульфаты (SO42-)
мг/дм3
Гидрокарбонаты (HCO3-)
мг/дм3
Кальций (Ca2+)
мг/дм3
Магний (Mg2+)
мг/дм3
Натрий (Na+)
мг/дм3
Калий (К+)
мг/дм3
Сумма ионов (?и)
мг/дм3
Аммонийный азот (NH4+)
мг/дм3
Нитритный азот (NO2-)
мг/дм3
Нитратный азот (NO3-)
мг/дм3
Минеральный фосфор (PO43-)
мг/дм3
Железо общее
мг/дм3
Кремний
мг/дм3
БПК5
мг О2/дм3
ХПК
мг О/дм3
Нефтепродукты
мг/дм3
СПАВ
мг/дм3
Фенолы (летучие)
мг/дм3
Пестициды
мг/дм3
Тяжелые металлы
мг/дм3
Наблюдения по обязательной программе на водотоках осуществля-
ют, как правило, 7 раз в год в основные фазы водного режима: во время
половодья - на подъеме, пике и спаде; во время летней межени - при
наименьшем расходе и при прохождении дождевого паводка; осенью -
перед ледоставом; во время зимней межени.
В водоемах качество воды исследуют при следующих гидрологиче-
ских ситуациях: зимой при наиболее низком уровне и наибольшей тол-
щине льда; в начале весеннего наполнения водоема; в период макси-
мального наполнения; в летне-осенний период при наиболее низком
уровне воды.
К числу органолептических показателей относят те параметры ка-
чества воды, которые определяют ее потребительские свойства, т.е. те
свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека
(обоняние, осязание, зрение). Наиболее значимые из этих параметров -
вкус и запах - не поддаются формальному измерению, поэтому их опре-
деление производится экспертным путем. Работа экспертов, дающих
оценку органолептическим свойствам воды, очень сложна и ответствен-
на и во многом сродни работе дегустаторов самых изысканных напит-
ков, так как они должны улавливать малейшие оттенки вкуса и запаха.
Гидрохимические показатели качества природных вод в пунктах кон-
троля сопоставляют с установленными нормами качества воды.
Внедрение в систему наблюдений за качеством воды гидробиологиче-
ских методов позволяет непосредственно выяснить состав и структуру
сообществ гидробионтов. Полная программа наблюдений за качеством
поверхностных вод по гидробиологическим показателям предусматрива-
ет: исследование фитопланктона - общей численности клеток, числа ви-
дов, общей биомассы, численности основных групп, биомассы основных
групп, числа видов в группе, массовых видов и видов-индикаторов са-
пробности; исследование зоопо числа видов, общей биомассы, численно-
сти основных групп, биомассы основных групп, числа видов в группе,
массовых видов и видов-индикаторов сапробности; исследование зообен-
тоса - общей численности, общей биомассы, общего числа видов, числа
групп по стандартной разработке, числа видов в группе, числа основных
групп, биомассы основных групп, массовых видов и видов-индикаторов
сапробности; исследование перифитона - общего числа видов, массовых
видов, частоты встречаемости, сапробности; определение микробиоло-
гических показателей - общего числа бактерий, числа сапрофитных бак-
терий, отношения общего числа бактерий к числу сапрофитных бакте-
рий; изучение фотосинтеза фитопланктона и деструкции органического
вещества, определение отношения интенсивности фотосинтеза к дест-
рукции органического вещества, содержания хлорофилла; исследование
макрофитов - проективного покрытия опытной площадки, характера
распространения растительности, общего числа видов, преобладающих
видов (наименования, проективного покрытия, фенофазы, аномальных
признаков). Обычно применяют следующие общие и суммарные показа-
тели качества вод [1].
1) Минерализация (суммарное содержание всех найденных при хими-
ческом анализе воды минеральных веществ; выражается в мг/дм3 и %).
2) Температура (важнейший фактор, влияющий на протекающие в во-
доеме физические, химические, биохимические и биологические процес-
сы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим, ин-
тенсивность окислительно-восстановительных процессов и процессов
самоочищения, активность микрофлоры и т.д.. В водоемах, используе-
мых для купания, спорта и отдыха, летняя температура воды в результа-
те спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3°С по срав-
нению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца за по-
следние 10 лет.). Специальных норм, определяющих температуру воды,
кроме ЕС (<25оС) никто не вводит. В рекомендациях ВОЗ сказано лишь,
что температура воды "должна быть приемлемой". Говорить же о неких
нормах в масштабах РФ и практически бессмысленно, так как в силу ес-
тественных причин среднегодовая температура воды в Мурманской об-
ласти и в Краснодарском крае не может быть одинаковой и пытаться
привести ее к некоему общему знаменателю не оправдано экономически.
С точки зрения потребительских качеств, холодная вода, как правило,
более приятна на вкус, но не для купания. Высокая же температура воды
не только ускоряет рост микроорганизмов, но и может усугубить про-
блемы, связанные с привкусом, запахом, цветностью, коррозией.
3) Взвешенные твердые вещества - находящиеся в воде грубодисперс-
ные примеси - твердые частицы, размер которых превышает 10-4 см [2].
В природных водах они состоят из частиц глины, песка, ила, суспендиро-
ванных органических и неорганических веществ, планктона и различ-
ных микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с се-
зонными факторами и режимом стока, зависит от пород, слагающих рус-
ло и склоны, а также от антропогенных факторов (сельское хозяйство,
горные разработки и т.п.). Взвешенные частицы влияют на прозрач-
ность воды и на проникновение в нее света, на температуру, состав рас-
творенных компонентов поверхностных вод, адсорбцию токсичных ве-
ществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осад-
кообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит
для рекреационного использования по эстетическим соображениям. В
соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объек-
тов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения
содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не
должно увеличиваться соответственно более, чем на 0,25 мг/дм3 и 0,75
мг/дм3. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм3 природных
минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешен-
ных веществ в пределах 5%. Определение количества взвешенных час-
тиц важно проводить при контроле процессов биологической и физико-
химической обработки сточных вод и при оценке состояния природных
водоемов.
4) При органолептических наблюдениях (методы определения состоя-
ния водного объекта путем непосредственного осмотра его) особое вни-
мание обращают на явления, необычные для данного водоема или водо-
тока и часто свидетельствующие о его загрязнении: гибель рыбы и дру-
гих водных организмов, растений, выделение пузырьков газа из донных
отложений, появление повышенной мутности, посторонних окрасок, за-
паха, цветения воды, нефтяной пленки и пр.
5) Запах воды характеризуется интенсивностью, которую измеряют в
баллах; его вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду
в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при био-
химическом разложении органических веществ, при химическом взаи-
модействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышлен-
ными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными во-
дами. На запах воды оказывают влияние состав содержащихся в ней ве-
ществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объ-
екта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д.
6) Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных
примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неоргани-
ческими и органическими веществами различного происхождения. Ка-
чественное определение проводят описательно: слабая опалесценция,
опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.
7) Цветность природных вод (выражается в градусах платиново-
кобальтовой шкалы - от единиц до тысяч градусов) характеризует ин-
тенсивность окраски воды, она обусловлена главным образом присутст-
вием окрашенных гумусовых веществ и соединений трехвалентного же-
леза. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водо-
носных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бас-
сейне реки и т.п. Сточные воды некоторых предприятий также могут
создавать довольно интенсивную окраску воды.
8) Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена
их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных
и взвешенных органических и минеральных веществ. Ослабление интен-
сивности света с глубиной в мутной воде приводит к большему поглоще-
нию солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой во-
ды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, сни-
жает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение пото-
ка света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую
продуктивность водоема.
9) Водородный показатель (рН) - один из важнейших показателей ка-
чества вод. Изменения pH тесно связаны с процессами фотосинтеза (при
потреблении CO2 водной растительностью высвобождаются ионы ОН-).
Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, при-
сутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в
тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов
железа, алюминия, меди и других металлов. Значение pH в речных водах
обычно варьирует в пределах 6,5-8,5, в атмосферных осадках 4,6-6,1, в
болотах 5,5-6,0, в морских водах 7,9-8,3. Концентрация ионов водорода
подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства
речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2. Величина pH природных
вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у
пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рек-
реации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, вели-
чина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5. Ве-
личина pH воды. Величина концентрации ионов водорода имеет большое
значение для химических и биологических процессов, происходящих в
природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятель-
ность водных растений, устойчивость различных форм миграции эле-
ментов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH во-
ды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных
элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. Природные
воды в зависимости от рН делят на семь групп (от сильнокислых с рН <3
до сильнощелочных с рН >9,5).
10) Окислительно-восстановительный потенциал (Eh в вольтах или
милливольтах) - мера химической активности элементов или их соеди-
нений в обратимых химических процессах, связанных с изменением за-
ряда ионов в растворах. Значения окислительно-восстановительных (ре-
докс) потенциалов выражаются в вольтах (милливольтах). В природной
воде значение Eh колеблется от - 400 до + 700 мВ и определяется всей со-
вокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных
процессов, и в условиях равновесия характеризует среду сразу относи-
тельно всех элементов, имеющих переменную валентность. Изучение ре-
докс-потенциала позволяет выявить природные среды, в которых воз-
можно существование химических элементов с переменной валентно-
стью в определенной форме, а также выделить условия, при которых
возможна миграция металлов. Различают несколько основных типов
геохимических обстановок в природных водах: 1)окислительный - ха-
рактеризуемый значениями Еh + (100-150) мВ, присутствием свободного
кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей ва-
лентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr2+, Cu2+, Pb4+); 2) переходный окис-
лительно-восстановительный - определяемый величинами Еh + (100-0)
мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием
сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисле-
ние, так и слабое восстановление целого ряда металлов; 3) восстанови-
тельный - характеризуемый отрицательными значениями Еh. В подзем-
ных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+,
Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород.
11) Кислотность природных и сточных вод определяется их способно-
стью связывать гидроксид-ионы. Расход гидроксида отражает общую
кислотность воды. В обычных природных водах кислотность в большин-
стве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углеро-
да. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие
слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы ам-
мония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH
воды не бывает ниже 4,5.
12) Щелочность природных или очищенных вод - способность некото-
рых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных ки-
слот. Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот
(карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидро-
сульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот,
фосфатов). Их сумма называется общей щелочностью. Ввиду незначи-
тельной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды
обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная
щелочность).
13) Растворенный кислород находится в природной воде в виде моле-
кул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно
направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода,
другие уменьшают ее. К первой группе процессов, обогащающих воду
кислородом, следует отнести: процесс абсорбции кислорода из атмосфе-
ры; выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосин-
теза; поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые
обычно пересыщены кислородом. Абсорбция кислорода из атмосферы
происходит на поверхности водного объекта. Скорость этого процесса
повышается с понижением температуры, с повышением давления и по-
нижением минерализации. Аэрация - обогащение глубинных слоев воды
кислородом - происходит в результате перемешивания водных масс, в
том числе ветрового, вертикальной температурной циркуляции и т.д.
Фотосинтетическое выделение кислорода происходит при ассимиляции
диоксида углерода водной растительностью (прикрепленными, плаваю-
щими растениями и фитопланктоном). Процесс фотосинтеза протекает
тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного ос-
вещения и больше биогенных (питательных) веществ (P, N и др.) в воде.
Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема,
глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и
сезона может быть различной, от нескольких сантиметров до нескольких
десятков метров).
К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде,
относятся реакции потребления его на окисление органических веществ:
биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий,
расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое
(окисление Fe2+, Mn2+, NO2-, NH4+, CH4, H2S). Скорость потребления ки-
слорода увеличивается с повышением температуры, количества бакте-
рий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химиче-
скому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержа-
ния кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в
атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если вода при
данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом.
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варь-
ирует в широких пределах - от 0 до 14 мг/дм3 - и подвержено сезонным и
суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности
процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5
мг/дм3 растворенного кислорода. В зимний и летний периоды распреде-
ление кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода
чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями за-
грязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, со-
держащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. Кон-
центрация кислорода определяет величину окислительно-
восстановительного потенциала и в значительной мере направление и
скорость процессов химического и биохимического окисления органиче-
ских и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глу-
бокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворен-
ного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет
около 5 мг/дм3. Понижение его до 2 мг/дм3 вызывает массовую гибель
(замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного насе-
ления и пересыщение воды кислородом в результате процессов фотосин-
теза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды.
Содержание растворенного кислорода существенно для аэробного
дыхания и является индикатором биологической активности (т.е. фото-
синтеза) в водоеме. В соответствии с требованиями к составу и свойст-
вам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования
содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 часов
дня, не должно быть ниже 4 мг/дм3 в любой период года.
14) Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, за-
висящее от наличия в ней главным образом растворенных солей каль-
ция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жест-
костью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловлен-
ную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН?8,3) кальция
и магния, и некарбонатную - концентрацию в воде кальциевых и маг-
ниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидро-
карбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбо-
натную жесткость называют временной или устранимой. Остающаяся
после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты опреде-
ления жесткости обычно выражают в мг-экв/дм3. В естественных усло-
виях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обу-
славливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодейст-
вия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и
других процессов растворения и химического выветривания горных по-
род. Источником этих ионов являются также микробиологические про-
цессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложе-
ниях, а также сточные воды различных предприятий. Жесткость воды
колеблется в широких пределах. Вода с жесткостью менее 4 мг-экв/дм3
считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/дм3 - средней жесткости, от 8 до 12 мг-
экв/дм3 - жесткой и выше 12 мг-экв/дм3 - очень жесткой. Общая жест-
кость колеблется от единиц до десятков, иногда сотен мг-экв/дм3, причем
карбонатная жесткость составляет до 70-80% от общей жесткости.
обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до
70%); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может дости-
гать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (де-
сятки и сотни мг-экв/дм3). Жесткость поверхностных вод подвержена за-
метным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения
в конце зимы и наименьшего в период половодья.
15) Окисляемость (перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая)
или ХПК - величина, характеризующая содержание в воде органических
и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических
окислителей при определенных условиях; выражается в мг кислорода,
пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм3
воды.
16) Окисляемость. В поверхностных водах органические вещества на-
ходятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Послед-
ние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают
окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и
нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб. Со-
став органических веществ в природных водах формируется под влияни-
ем многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные
биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступле-
ния из других водных объектов, с поверхностными и подземными стока-
ми, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-
бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в
него извне органические вещества весьма разнообразны по своей приро-
де и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию
разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко- и труд-
ноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость во-
ды в условиях того или иного метода ее определения. Величины окис-
ляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов
до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологиче-
ской продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими
веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния
органических веществ естественного происхождения, поступающих из
болот, торфяников и т.п. Окисляемость незагрязненных поверхностных
вод проявляет довольно отчетливую физико-географическую зональ-
ность. В горных районах воды имеют малую (2-5мг О/дм3) окисляемость.
В зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30
мг О/дм3. Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебани-
ям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режи-
мом и зависящим от него поступлением органических веществ с водо-
сбора, с другой, - гидробиологическим режимом. В водоемах и водотоках,
подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности чело-
века, изменение окисляемости выступает как характеристика, отра-
жающая режим поступления сточных вод.
17) Биохимическое потребление кислорода. Степень загрязнения во-
ды органическими соединениями определяют как количество кислорода,
необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях
(БПК или БПК5 - биохимическая потребность в кислороде за 5 суток, по-
скольку биохимическое окисление различных веществ происходит с раз-
личной скоростью). В поверхностных водах величины БПК5 изменяются
обычно в пределах 0,5-4 мг O2/дм3 и подвержены сезонным и суточным
колебаниям. Сезонные колебания зависят в основном от изменения тем-
пературы и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влия-
ние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса
потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении темпе-
ратуры на 10oC. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс
биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная
часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития
в целом и для физиологической и биохимической активности. Весьма
значительны изменения величин БПК5 в зависимости от степени загряз-
ненности водоемов.
Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-
бытовыми сточными водами, БПК5 составляет обычно около 70% БПКп.
Для морей (I и II категории рыбохозяйственного водопользования) пяти-
суточная потребность в кислороде (БПК5) при 20оС не должна превы-
шать 2 мг O2/дм3. Определение БПК5 в поверхностных водах использует-
ся с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических
веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального
показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины
БПК5 при контролировании эффективности работы очистных сооруже-
ний.
18) Полным биохимическим потреблением кислорода (БПКП) считают
количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей
до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое
для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при опреде-
лении БПК не учитывается. Для бытовых сточных вод (без существен-
ной примеси производственных) определяют БПК20, считая, что эта ве-
личина близка к БПКП. Полная биологическая потребность в кислороде
БПКп для внутренних водоемов рыбохозяйственного назначения (I и II
категории) при 20оС не должна превышать 3 мг O2/дм3 [1].
Физико-химические показатели качества воды приведеныв в табли-
це 2.
Таблица 2
Показатели
Нормативы качества
Взвешенные вещест-
ва
Содержание не должно увеличиваться более чем на
0,25-0,75мг/л
Плавающие примеси
(пленки, пятна и др.)
Не должны обнаруживаться.
Запахи и привкусы
Вода не должна приобретать запахов и привкусов
интенсивностью более 1 балла.
Окраска
Не должна обнаруживаться в столбике воды высотой
10-20 см или не должна превышать 20-25 градусов
цветности
Температура
Летом в результате спуска сточных вод не должна
повышаться более чем на 3° С по сравнению с темпе-
ратурой воды в самый жаркий месяц за последние 10
лет.
Кислотность
Должна быть в пределах рН = 6,5 - 8,5.
Растворенный ки-
слород
Содержание не должно быть менее 4 мг/л в любой
период года в пробе, отобранной до 12 часов дня.
Биохимическое по-
требление кислорода
(БПК)
БПК20 не должно превышать 3 мг/л для водных объ-
ектов хозяйственно-питьевого назначения и 6 мг/л
для водных объектов, используемых для купания,
спорта и отдыха населения.
Минеральный состав
Не должен превышать сухого остатка 1000 мг/л.
Возбудители заболе-
ваний
Не должны содержаться.
Химические вещест-
ва
Не должны содержаться в концентрациях, превы-
шающих ПДК.
В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга
состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) в программы обязатель-
ных наблюдений за составом природных вод включено определение со-
держания общего фосфора (растворенного и взвешенного, в виде органи-
ческих и минеральных соединений). Фосфор является важнейшим пока-
зателем трофического статуса природных водоемов.
Избыточное содержание фосфатов в воде, особенно в грунтовой, мо-
жет быть отражением присутствия в водном объекте примесей удобре-
ний, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся
биомассы.
Органический углерод является наиболее надежным показателем
суммарного содержания органических веществ в природных водах, на
него приходится в среднем около 50% массы органических веществ.
Повышенная концентрация ионов аммония может быть использо-
вана в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение са-
нитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхност-
ных и подземных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйст-
венными стоками. Амплитуда сезонных колебаний может служить од-
ним из показателей эвтрофирования водного объекта. Повышенное со-
держание нитритов указывает на усиление процессов разложения орга-
нических веществ в условиях более медленного окисления NO2- в NO3-,
что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным са-
нитарным показателем.
Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения
и оценочные показатели загрязнения водных объектов приведены в таб-
лице 4.
Таблица 3 (согласно СанПиН 2.1.4.559-96)
Сте-
пень
загряз-
нения
Органолеп-
тические
свойства
Токсико-
логиче-
ские
свойства
Санитарный ре-
жим водоемов
Бактериоло-
гические по-
казатели
Ин-
декс
за-
гряз
не-
ния
За-
пах,
прив
кус (в
бал-
лах)
ПДКо
рг, сте-
пень
превы-
ше-
ния
ПДКтокс,
степень
превыше-
ния
БПКп
олн,
мг/дм
3
Раство-
ренный
кислород,
мг/дм3
Число бакте-
рий группы
кишечной
палочки
I и II
КВ*
I и II
КВ
I и II КВ
I и II
КВ
I и II КВ
I КВ
II КВ
Допус-
тимая
2
1
1
3-6
4
Не бо-
лее
1·104
Не бо-
лее
1·104
0
Уме-
рен-
ная
3
4
3
6-8
3
Бо-
лее
1·104
-
1·105
Более
1·104-
1·105
1
Вы-
сокая
4
8
10
8-10
2
Бо-
лее
1·105
-
1·106
Более
1·105-
1·106
2
Чрез-
вы-
чайно
высо-
кая
>4
>8
100
>8-10
1
Бо-
лее
1·106
Более
1·106
3
Здесь КВ - категория водопользования: к I категории водопользования
относят водные объекты, используемые для хозяйственно-питьевых це-
лей; II категории - водные объекты в черте населенных мест иисполь-
зуемые для культурно-бытовых целей.
1.6. Выбор критериев для частной и комплексной оценки природных и антро-
погенных
процессов и явлений как источников загрязнения прибрежной акватории мо-
ря
Как следует из предыдущего раздела, в соответствии с действующими
правилами и нормами, природные, в том числе и морские воды должны
быть безопасны в эпидемическом и радиационном отношении, безвред-
ны по химическому составу и должны иметь благоприятные органолеп-
тические свойства. Требования к качеству воды, установленные для
культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки
водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от
вида их использования объектами для обитания, размножения и мигра-
ции рыб и других водных организмов. Наименьшую из безвредных кон-
центраций по всем (пяти) показателям вредности принимают за ПДК с
указанием лимитирующего показателя вредности.
Поскольку величину концентрации вещества определяют как отно-
шение массы вещества к объему воды, то основным критерием для
оценки степени вредного воздействия является масса поступления за-
грязняющего вещества в водоем.
Загрязнение прибрежной акватории моря обусловлено совместным одно-
временным, а иногда - последовательным действием множества природных и
антропогенных факторов, условий, процессов и явлений. Именно поэтому сте-
пень (или уровень) загрязнения прибрежной акватории моря - величина весь-
ма динамичная, постоянно изменяющаяся и в пространстве, и во времени, в
связи с чем ее практически невозможно измерить, а тем более - математически
смоделировать и рассчитать с достаточной (для практических целей) точно-
стью (хотя-бы для определенного ограниченного участка акватории и интер-
вала времени).
В данной работе для количественной оценки каждого (j-го) из природных
и антропогенных процессов и явлений, как источников загрязнения прибреж-
ной акватории моря, в качестве частных критериев приняты:
а) натуральная масса поступления в море каждого (i-го) загрязняющего
вещества;
б) наименьшие (как наиболее жесткие из всех установленных видов
нормативов ПДКi) предельно допустимые концентрации (ПДКiМин) за-
грязняющих веществ в воде, при которых морские воды безопасны в эпи-
демическом и радиационном отношении, безвредны по химическому со-
ставу (как для людей, так и для объектов окружающей среды) и имеют
благоприятные (для людей) органолептические свойства. В соответствии
с действующими правилами и нормами, ПДКРХ в воде водоема, исполь-
зуемого для рыбохозяйственных целей, как правило, ниже, чем ПДК, ус-
тановленные для вод водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-
бытового водопользования (ПДКХПК). Расчетное значение ПДКРасч для
сравнительной оценки доли вклада взвешенных веществ в загрязнение
прибрежной акватории моря принято в размере 0,25 мг/дм3 на основании
следующих данных из справочных материалов по гидрохимическим по-
казателям состояния окружающей среды [1]: <Вода, в которой много
взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по
эстетическим соображениям. В соответствии с требованиями к составу и
свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового назначения содержание взвешенных веществ в ре-
зультате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно
более, чем на 0,25 мг/дм3 и 0,75 мг/дм3. Для водоемов, содержащих в ме-
жень более 30 мг/дм3 природных минеральных веществ, допускается
увеличение концентрации взвешенных веществ в пределах 5%.>.
В качестве хотя и ограниченного, но комплексного (то есть, учитывающе-
го и натуральную величину (массу поступления в море i-го загрязняющего
вещества), и ее санитарно-экологическую значимость (ПДКi i-го вещества))
критерия для комплексной оценки природных и антропогенных процессов и
явлений, как источников и причин загрязнения прибрежной акватории моря,
принята масса (МijПР) поступления i-го загрязняющего вещества в море от
j-го источника, приведенная (путем деления Мij на ПДКiМин) к общей
ПДКi=1мг/м3, то есть:
МijПР = Мij / ПДКiМин, т/год, (3)
где Мij - натуральная масса i -го загрязняющего вещества, поступившая от j-го
источника загрязнения в прибрежную акваторию моря оцениваемого района,
т/год;
МijПР - масса поступления в море i -го загрязняющего вещества от j-го
источника, приведенная к ПДК=1 мг/м3, т/год;
ПДКiМин - наименьшая (и наиболее жесткая из всех установленных
видов нормативов ПДКi) предельно допустимая концентрации i-того за-
грязнителя морских вод.
В качестве ПДКiМин обычно принимали ПДКiРХ - ПДКi i-тых загряз-
няющих веществ для водоемов рыбо-хозяйственного назначения (как наи-
более жесткие и низкие из всех установленных видов ПДКi), а при отсут-
ствии их - ПДКi для хозяйственного (ПДКiХП) или культурно-бытового
(ПДКiКБ) водопользования, мг/м3. При наличии для вещества ПДКiРХ-
МорВод. - предельно допустимая концентрация в воде морских водоемов,
используемых для рыбохозяйственных целей, оценку вели по ней.
Общую натуральную массу i -го загрязняющего вещества, поступившую
от всех источников загрязнения в прибрежную акваторию моря нашего рай-
она (МiОбщ), определяли из выражения:
МiОбщ = ?JNМij, т/год, (4)
где ?JN - знак суммации по всем (N) источникам (от j=1 до N) поступления i-го
загрязняющего вещества в прибрежную акваторию моря оцениваемого рай-
она.
Долю вклада (Дji) отдельного (j-го) источника отдельного (i-го) вещества в
процентах от общей массы поступления в море этого загрязняющего вещества
определяли по формуле:
Дji = 100*Мij / МiОбщ = 100*Мij / ?JNМij, % (5)
Общую приведенную (к ПДК=1 мг/м3) массу всех (m) загрязняющих ве-
ществ, поступившую от j-го источника загрязнения в прибрежную акваторию
моря нашего района (МjПР), определяли из выражения:
МjПР = ?imМijПР = ?im(Мij /ПДКiМин), т/год, (6)
Общую приведенную массу всех (m) загрязняющих веществ, поступив-
шая от всех (N) источников загрязнения в прибрежную акваторию моря наше-
го района (МОбщПР), определяли из выражения:
МОбщПР= ?JNМjПР= ?im?JNМijПР=?JN?im(Мij/ПДКiМин), т/год, (7)
где ?im - знак суммации по всем (m) загрязняющим веществам (от i=1 до
m), поступившим в прибрежную акваторию моря нашего района от всех (N)
источников.
По величине приведенной (к общей ПДКi=1 мг/м3) массы МijПР можно
сравнивать сбросы и поступления в море различных веществ с разными по
величине ПДКi.
Долю вклада (Дi) отдельного (i-го) вещества в процентах от общей приве-
денной массы всех загрязняющих веществ, поступивших в море (МПР), опреде-
ляли по формуле:
Дi =100*МiПР/МОбщПР=100*МiПР/?im?JN(Мij/ПДКiМин), % (8)
Долю вклада отдельного (j-го) истоочника (Дj) в процентах от общей при-
веденной массы всех поступивших в море загрязняющих веществ (МПР) опре-
деляли по формуле:
Дj = 100*МjПР/МПР = 100*МjПР/?im?JN(Мij/ПДКjРХ), % (9)
2. Количественная оценка природных и антропогенных процессов и явлений
как источников загрязнения прибрежной акватории моря
Тектонические, геологические и геоморфологические условия формирования
рельефа, речной сети и береговой зоны в водосборном бассейне изучаемой ак-
ватории оказывают большое, можно сказать основополагающее влияние на
образование и (или) перенос многих загрязняющих веществ, прежде всего -
мельчайших частиц почв, грунтов, горных пород, которые вместе с содержа-
щимися в них соединениями токсичных металлов в составе взвешенных нано-
сов рек и временных водотоков поступают в море или же образуются в резуль-
тате аквагенных и геодинамических процессов в прибрежной зоне моря. Од-
нако тектонические, геологические и геоморфологические процессы и явления
протекают слишком медленно (в масштабах жизни человека) и проявляются
основном только в качестве уже сложившихся условий. Самые главные, пре-
обладающие современные внешние факторы и явления в развитии рельефа, в
образовании и выносе загрязняющих веществ в море - это выветривание гор-
ных пород, площадной смыв почв, линейная (овражная) эрозия, селевые и
оползневые явления, эрозионно-аккумулятивная работа постоянных и вре-
менных водотоков. Карстовые явления имеют ограниченный ареал (в основ-
ном - к востоку от Джубги) и не оказывают существенного вклада в образова-
ние и вынос загрязняющих веществ в море. Лавины, обвально-осыпные явле-
ния, заболачивание мало характерны для нашего района, как правило, при-
урочены к ограниченным участкам территории и обычно бывают только в
особо экстремальные гидрологические годы.
Вся совокупность источников и процессов образования и
перемещения загрязняющих веществ в водосборном бассейне и в
прибрежной акватории моря объединена сложной системой взаимосвязей
между объектами-источниками (горные хребты; участки леса, лугов,
степи; обнажения скальных и рыхлых пород; осыпи; постоянные (речки,
ручьи) временные водотоки; селевые русла, лотки-схода лавин; конусы
селевых, лавинных и оползневых выносов; клифы, бенчи, пляжи,
урбанизированные территории; дороги, обнажения и отвалы горных по-
род у дорог, террас; виноградники, сады, пастбища и др.). Загрязняющие
вещества поступают в исследуемую прибрежную зону моря разными пу-
тями:
1 принос воздушными потоками (ветром) из других мест (в частности,
пыли - из пустынь Средней Азии, антропогенных загрязнителей - из За-
падной Европы, Приднепровья, Донбасса);
2 оседание загрязняющих веществ, содержащихся в атмосферном воз-
духе, непосредственно на прибрежную акваторию моря и на прилегаю-
щую территорию водосборного бассейна суши;
3 вымывание загрязняющих веществ, содержащихся в атмосферном
воздухе, осадками и конденсирующимися парами воды и последующее
оседание непосредственно на прибрежную акваторию моря;
4 вымывание загрязняющих веществ, содержащихся в атмосферном
воздухе, и последующее оседание на прилегающую территорию водо-
сборного бассейна суши;
5 образование обломков горных пород и загрязняющих веществ (тон-
кодисперсных частиц горных пород, соединений токсичных металлов,
радиоактивных и др. веществ) в результате процессов выветривания в
поверхностном слое суши;
6 воздействие процессов денудации на поверхностный слой суши: об-
разование обнажений горных пород в результате повреждения или унич-
тожения защитного слоя растительности, перемещения продуктов вы-
ветривания и т.д.;
7 воздействие гравитационных склоновых процессов в поверхностном
слое суши с перемещением продуктов выветривания, а также с попут-
ным образованием обломков и тонкодисперсных частиц горных пород в
результате механических воздействий;
8 воздействие процессов инфильтрации воды с поверхностного слоя
суши вглубь с выщелачиванием минералов горных пород, с образовани-
ем и перемещением загрязняющих веществ (соединений токсичных ме-
таллов и др.) подземными водами;
9 выход подземных вод на поверхность с выносом растворенных за-
грязняющих веществ;
10 перемещение продуктов выветривания, образование и смыв за-
грязняющих веществ (тонкодисперсных частиц горных пород, мусора и
др.) поверхностными водными и селевыми потоками;
11 отложение и переотложение загрязняющих веществ (тонкодисперс-
ных частиц горных пород, мусора и др.) в выположениях и в отрица-
тельных формах рельефа;
12 задержание и отложение и загрязняющих веществ (тонкодисперс-
ных частиц горных пород, мусора и др.) растительностью: лесом, кус-
тарником, травами, сельхоз-посевами и др.;
13 образование, вымывание и перемещение загрязняющих веществ
(растворенных и взвешенных тонкодисперсных частиц горных пород,
почвы, химикатов и др. ) в результате поверхностного и линейного раз-
мыва и смыва вследствие механических воздействия поверхностных вод;
14 смыв и поступление в море загрязняющих веществ и мусора с ур-
банизированных территорий;
15 образование, перемещение и поступление в море загрязняющих
веществ в результате антропогенных процессов;
16 образование и перемещение загрязняющих веществ (растворенных
и взвешенных тонкодисперсных частиц горных пород) в результате гео-
динамических и гидродинамических (прежде всего - волноприбойных)
процессов в береговой зоне моря;
17 перемещением загрязняющих веществ (тонкодисперсных частиц
горных пород и др.) в вниз по подводному склону в результате гидроди-
намических процессов в береговой зоне моря;
18 аккумуляция загрязняющих веществ (тонкодисперсных частиц
горных пород и др.) в глубинной зоне моря;
19 седиментация загрязняющих веществ в глубинную зону моря;
20. гидродинамические, химические, физико-химические, биохимиче-
ские и др. процессы в водной толще моря: смешивание, разбавление,
рассеивание, потребление и образование биотой, трансформация загряз-
няющих веществ (растворенных и взвешенных тонкодисперсных час-
тиц) и др.
Ниже приведены материалы по ориентировочной оценке массы по-
ступлений загрязнителей в море посредством различных процессов и яв-
лений. Конкретные данные по различным экономико-географическим
показателям приняты по опубликованным (например, Краснодар. край,
Геогр. атлас, 2001) или по местным фондовым материалам.
2.1. Определение натуральной массы загрязняющих веществ, поступающих
в прибрежную акваторию моря исследуемого района
2.1.1. Взвешенные вещества
1. Эоловые явления проявляются по нескольким направлениям.
1) Ветровые лесоповалы и лесоломы совместно с другими процесса-
ми (гравитационными, нивальными, гляциальными, флювиальными и
др.) приводят к поступлению древесного лома в гидросеть. Здесь в вод-
ной среде (как в водной толще, так и в донных отложениях) в естествен-
ных условиях протекают процессы метаболизма водных организмов,
биохимического распада и трансформации органических веществ древе-
сины, а также синтеза новых химических веществ. В числе различных
минеральных и органических веществ образуются весьма токсичные
фенолы, но это соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и
химическому окислению, поэтому количественные показатели процессов
их образования из древесного лома в нашем регионе не определены. При
совместном присутствии в водной среде хлора и органических веществ
образуются гораздо более опасные диоксины, но количественные показа-
тели этих процессов не определены.
2) Дефляция, ветровая эрозия, обтачивание и шлифование горных
пород, выдувание из них, а также из почвы и с поверхности урбанизиро-
ванных территорий мелких частиц, перенос их в гилросеть или непо-
средственно в море.
В нашем районе явление дефляции не очень значительно для почв
(здесь немного пахотных угодий), но при длительной сухой погоде в
отдельных случаях может иметь место. Например, с поверхности
автодорог ветром сдувается пыль, образующаяся при измельчении
высохших комьев грязи и грунта на обочинах (которая в основном
оседает поблизости, у обочин дорог); в летний период из пляжевого
материала (в Геленджике, Архипо-Осиповке и др.) выдуваются мелкие
пылевые фракции. Масса частиц, поступающих в море вследствие
процессов дефляции, учтена в поверхностном смыве и в осаждении из
атмосферы.
3) Перенос загрязнителей из других регионов воздушными потоками
с осаждением загрязняющих веществ в нашем районе.
Согласно специальным исследованиям Ю.П.Хрусталева с соавт. [4]
средняя величина вертикального потока аэрозольных частиц за счет
эоловой поставки материала на восточный шельф Черного моря равна
0,36 г/м2 в сутки [4]. Можно полагать, что примерно такой же поток
поступает и на сушу, что при площади нашего района Fрайон?1500 км2
масса осевших частиц составит Маэр=1500*365*0,36 ?197 тыс.т/год. В эту
цифру должна входить и пыль местного происхождения - пыльца
растений, пыль, сдуваемая с поверхности угодий, дорог, выбрасываемая
системами вентиляции и т.п., аэрозольные частицы, выбрасываемые с
выхлопными газами транспорта, с дымовыми газами печей и
энергетических установок, с газо-электросварочными аэрозолями и др.
Следует отметить, что над прибрежной территорией суши (над склонами ГКХ)
происходит еще более интенсивная (чем над прибрежной акваторией моря)
конденсация атмосферной влаги, что еще больше усиливает вымывание и оса-
ждение из атмосферного воздуха аэрозольных частиц, а вместе с ними - и
тяжелых металлов, бенз/а/пирена и др. вредных веществ. Значительная часть
осевшего материала смывается атмосферными осадками и в составе
ливневого и талого стока поступает в гидросеть, а затем в море.
4) Перенос загрязнителей воздушными потоками из нашего района в
другие регионы (этот процесс выходит за рамки нашей темы).
2. Лавины и оползневые явления
Лавины сходят в основном по поверхности мерзлой земли или по
растительному покрову, не нарушая целостности почв и грунтов и не
измельчая их. В долины они выносят преимущественно
крупнообломочный материал горных пород и древесины и лишь в
редких случаях выбивают ниши в русловом аллювии рек или в
береговых откосах. Оползневые явления более распространены в нашем
районе, особенно в водосборах северных экспозиций. Объемы единичных
лавинно-оползневых выносов достигают 10 тыс.м3 [4]. Выносимые ими в
долины массивы подвергаются размыву водными потоками. Массу
мелких фракций (мельче 200-100мкм), поступающих в
гидрографическую сеть (а затем, по мере размыва водными потоками - в
море) вследствие выносов лавин и оползневых явлений (МЛаОп) можно
ориентировочно определить по формуле (эта и все последующие
формулы составлены автором на основе балансового метода):
МЛаОп = 0,01*?гп*?(V1у*?мел), т/год (10)
где ?гп~=2,7 т/год - плотность материала выносов лавин, оползней; ?N-
знак суммации по общему количеству случаев лавино-оползневых
выносов в районе (NЛаОп);
V1у - объем у-го единичного лавинного или оползневого выноса, м3;
?мел - доля мелких фракций (мельче 200-100мкм) в выносах, в долях
единицы по массе.
Доля (?ЛаОп) массы взвешенного стока в связи с размывом отложений
выносов лавин и оползневых масс составляет около ?ЛаОп=~0,5% от
общей массы взвешенного стока, то есть для нашего района
МЛаОп=0,01*?ЛаОп*МОбщВзв=0,01*0,5*490000 ?2,4 тыс. т/год.
где МОбщВзв?490000 тыс. т/год - общая масса взвешенного стока
нашего района в натуральном выражении (см. далее).
Осыпи и нагромождения крупнообломочного материала большей
частью расположены за пределами русел водотоков, поэтому их вклад в
поставку взвеси в море учтен в составе поверхностного смыва.
3. Селевые явления поставляют в море мелкие фракции
посредством размыва селевых отложений и взвешенного стока
селеподобных потоков. Разовые выносы водо-камне-грязевой массы в
нашем регионе достигают 0,5-4 млн. м3/год (Геоэкол., 2001).
Массу мелких фракций (мельче 200-100мкм), поступающих в море
со взвешенным стоком селеподобных потоков, (МСелВзв), можно
определить по формуле:
МСелВзв = 0,01*?СелМел*WСел*?Сел, т/год (11)
где ?СелМел - содержание мелких фракций (мельче 200-100мкм) в составе
грязе-каменной массы; для селеподобных потоков оно составляет
?СелВзв?6-10% [5];
?Сел - мутность селеподобных потоков; она обычно составляет ?Сел?0,2-
0,3 т/м3 [5];
WСел - годовой сток района в форме селеподобных потоков; его доля
(?Сел) составляет ?Сел=~0,3-0,35% от общего годового стока воды WВ=1600
млн. м3/год [5], то есть Wсел?0,01*?Сел* WВ = 0,01*0,35*1600 ? 5 млн. м3/год
(12)
Подставив средние значения показателей, получим:
МСелВзв=0,01*8 *5*106*0,25 ?100 тыс. т/год.
Массу мелких фракций (мельче 200-100мкм), поступающих в море за
счет размыва селевых отложений водными потоками (МСелРаз), можно
определить по формуле:
МСелРаз = 0,01*?СелВым*?СелМел*?гп*?V1у, т/год (13)
где ?СелВым - доля материала селевых отложений (конусов выноса),
вымываемого водными потоками, принята равной 0,2 [6];
?СелМел - содержание мелких фракций (мельче 200-100мкм) в селевых
выносах, принята равной 6% по массе [5].
Масса селевых отложений (величина ?гп*?V1у) определена из
выражения:
?гп*?V1у = Wсел*? (1-0,01*?мел) (14)
Подставив значения в формулы, получим:
?гп*?V1у = 5*106*0,25*(1-0,01*8) ?1,15*106т/год
МСелРаз = 0,01*0,2*6*1,15*106 ?14 тыс.т/год.
Общий вынос мелких фракций за счет селевых явлений (МСелОбщ)
составляет:
МСелОбщ=МСелВзв+МСелРаз ?100+14 = 114 тыс. т/год (15)
4. Русловой размыв рек и временных водотоков
Массу взвешенных веществ, выносимых за счет процессов руслового
размыва рек и временных водотоков (МРусл), можно определить по
данным главы 2 по 3 вариантам.
1) По доле руслового размыва (?рус?8%) и общей массе взвешенного
стока нашего района в натуральном выражении (МОбщВзв ?490000 тыс.
т/год):
МРусл= 0,01*?рус*Мвзв = 0,01*8*490 ?40 тыс. т/год (16)
2) По величине среднего модуля руслового размыва (Модрус ?28
т/(год*км2)) и площади водосбора района (F=1500 км2):
МРусл= Модрус *F = 28*1500 ?42 тыс. т/год (17)
3) По стоку воды (WВ ?1600 млн. м3/год) и средней мутности руслового
размыва (?рус?26 г/м3):
МРусл= 0,001*?рус*W = 0,001*26*1,6*106 ?41,6 тыс. т/год
Здесь ?рус ?26 г/м3 - средняя меженная мутность рек района (от 19 до 32
г/м3). Для дальнейшей оценки принято значение МРус ?42 тыс. т/год.
5. Наводнения
Паводочное затопление поймы, как правило, сопровождается не смывом,
а наоборот - отложением взвешенных веществ на обочинах пойм в виде
ила и наилка слоем толщиной до ?Ил=1-3мм (в редких случаях и в
отдельных местах - больше). Пойменные участки обычно начинаются на
расстоянии свыше 5-6км от истока. Из общей длины постоянных
водотоков Lобщ=~2400км реки длиной свыше 5 км составляют около 30%
или L>6 =~720км. Для верховий рек (до 5-6км от истока) ширина зоны
затопления Шзз(м) ?L(км), т.е. Шзз ?5-6м, в том числе ?3-4м - ширина
русла и по ?1-2м - ширина полос временного затопления (Шпз) по обоим
берегам. В низовьях более крупных рек Шзз достигает десятков метров,
в том числе по 10-15м - ширина полос временного затопления. Среднюю
массу отложений наилка (Мил) после паводочных разливов рек можно
определить по формуле:
МИл=?Ил*?Ил*L>6*Шпз=1,6*2*720*(2+10)/2 ?14 тыс.т/год,
(18)
где ?Ил ?1,6 т/м3 - средняя плотность материала в слое наилка.
В последующем отложения ила могут полностью или частично
смываться при паводках или сдуваться ветром и переотлагаться в виде
пыли либо на прилегающих склонах, либо в прибрежной зоне моря (куда
ведут почти все пути миграции загрязнителей с суши).
6. Линейная эрозия в нашем районе проявляется в образовании
промоин на поверхности грунтовых дорог (и их обочин), просек,
площадок и др. обнажений (как правило - антропогенных) горных пород.
При общей протяженности дорог и просек LДор ?400 км и средней ширине
ШДор ?5м их плошадь (FДор) составит:
FДор=0,001*LДор*ШДор=0,001*400*5 ?2км2 (19)
Доля площади промоин составляет ?Fпром ?1% площади дорог, а скорость
углубления за счет размыва на уклонах J >5о достигает ?ЛинЭр=0,04 м/год
и более. С учетом этих данных масса смыва за счет линейной эрозии
(МЛинЭр) определяется по формуле:
МЛинЭр=104*FДор*?гп*?ЛинЭр*?FПром* (1-Уд), т/год (20)
где Уд ?0,85 - доля твердого материала поверхностного смыва,
удерживаемого и переотлагаемого по пути его стока к морю.
После подстановки значений факторов получим:
МЛинЭр=104*2*2,7*0,04*1*(1-0,85) ?3 тыс.т/год
7. Размыв поверхности грунтовых дорог, просек, площадок и т.п.
Помимо смыва за счет линейной эрозии во время дождей и снеготаяния,
происходит смыв взвешенных веществ за счет размыва поверхности
грунтовых дорог, просек, площадок и т.п. Скорость такого размыва
составляет около 3 мм/год или ?Смыв?0,003 м/год [4]. Масса твердого
смыва составит:
МСмывДор=104*Fдор* ?разм*?гп*(1-Уд), т/год (21)
После подстановки значений факторов (при Уд=0,5) получено:
МСмывДор=104*2*0,003*2,7*(1-0,5) ?8 тыс.т/год
8. Поверхностный (площадной, плоскостной) смыв частиц
почвы, подпочвы, горных пород и др.
В общем поверхностный смыв осуществляется по нескольким
направлениям.
а) С задернованных склонов с естественной луговой и степной
растительностью смыва частиц почти нет.
б) С залесенных склонов масса смыва (МСмЛес) определена по
формуле:
МСмЛес=103*FЛес*HЛив*?Лес*? Лес*(1-Уд), т/год (22)
где FЛес - площадь леса, км2;
HЛив-годовое количество осадков ливневого типа, м/год (для расчета
принято HЛив=0,4 м/год);
?Лес - средняя мутность стока с залесенных склонов (?Лес=0,3-0,5 кг/м3 [7]);
Уд - доля взвешенного стока, удерживаемая на местности по пути к
морю, принята Уд=0,85;
?Лес - доля ливневых осадков, превращающихся в поверхностный сток; в
зависимости от крутизны склонов (J=11-21-32о) ?Лес=0,2-0,33-0,42
(принята ?Лес=0,4) [7].
После подстановки значений факторов получено:
МСмЛес=9,6*FЛес, т/год; при FЛес=600 км2 МСмЛес ?6 тыс.т/год
в) Масса смыва со свежих лесосек определена по формуле:
МСмЛеСек=103*FЛесек*HЛив*?ЛеСек*?ЛеСек*(1-Уд), т/год (23)
где ?ЛеСек - средняя мутность стока с залесенных склонов (?ЛеСек=30-50
кг/м3 [7]);
?ЛеСек- доля ливневых осадков, превращающихся в поверхностный сток
принята 0,6.
После подстановки значений факторов получено:
МЛеСек=1440*Fлесек, т/год; при FЛеСек=1 км2 МЛеСек ?1400 т/год
г) Пастбища с ненарушенной дерниной
Пастбищная эрозия (одна из форм антропогенной эрозии почв) -
выдувание, смыв и размыв почв и подпочв в результате ослабления
дернины (травяного покрова) под воздействием вытаптывания и
выедания травы скотом при перевыпасе. Масса смыва (МПас) определена
по формуле:
МПас=103*FПас*HЛив*?Пас*?Пас*(1-Уд), т/год (24)
где FПас- площадь пастбищ с ненарушенной дерниной, км2;
?Пас- средняя мутность стока со склонов пастбищ с ненарушенной
дерниной (?Пас=0,1-0,2 кг/м3 [7]);
?Пас - доля ливневых осадков, превращающихся в поверхностный сток; в
зависимости от крутизны склонов (J) ?Пас=0,5-0,6 - при J<=5о и ?пас=0,67 -
при J<=24о; принята ?Пас=0,6 [7]. Уд принята ?0,85.
После подстановки значений факторов получено:
МПас=11*FПас, т/год; при FПас=150 км2 (10% площади района) МПас
?1,6 тыс.т/год
д) Масса смыва с пастбищ с нарушенной дерниной (МПасНар)
определена по такой же формуле и для тех же значений факторов, кроме
доли удержания стока Уд (принятой ?0,65-0,7) и средней мутности стока
с пастбищных склонов (?ПасНар), принятой ?10 кг/м3 [7]. После
подстановки значений факторов получено:
МПасНар=800*FПасНар, т/год; (25)
При FПасНар=15 км2 (1% площади района) МПасНар ?12 тыс.т/год.
е) Масса смыва с территории пахотных земель (пропашных
виноградников, садов и т.п.) определена по формуле:
МПах=МодПах*FПах*(1-Уд), т/год (26)
где МодПах - средний модуль смыва с пахотных земель.
Для расчетов приняты: Уд=0,85; МодПах=1500 т/(год*км2) [8].
При FПах=50 км2 МПах ?75 тыс.т/год.
ж) Масса смыва с приусадебных, дачных участков, огородов
определена по той же формуле для среднего модуля смыва МодУсад=100
т/(год* км2) [8] и FУсад=10 км2:
МУсад=~0,1* FУсад=~1 тыс.т/год (27)
з) Масса смыва с урбанизированных территорий (пыли, грязи,
мусора с поверхности дорог, тротуаров, площадей, дворов и т.п.):
МУрб=МодПурб*FУрб*(1-Уд), т/год (28)
где МодПурб - модуль смыва с поверхности урбанизированных
территорий; обычно он равен ?5-10 кг/(год*м2) [3].
Для расчета приняты: FУрб=4км2; Уд=0,5; МодПурб=0,01 т/(год*м2).
Тогда МУрб=106*0,01*4*(1-0,5) ?20 тыс.т/год.
и) Масса смыва с поверхности естественных обнажений горных
пород у рек определена по формуле:
МОбЕс=103*FОбЕс*?ОбЕс*(1-Уд), т/год (29)
где Уд=1 (практически весь смытый материал поступает в гидросеть, а
затем в море);
?ОбЕс - средний модуль смыва, колеблющийся в пределах 9-69 кг/(год*м2)
и принятый равным 25 кг/(год*м2);
FОбЕс - площадь естественных обнажений у рек определена по
формуле:
FОбЕс=103*?J(?J*LJ*ШJ), км2 (30)
Здесь ?J - знак суммации по участкам обнажений;
?J - доля длины j-х участков обнажений в длине (LJ) участков
гидросети (LJ ?2400 км), в среднем ?J ?0,2;
ШJ - ширина j-го участка обнажений (в среднем - около 10м в
расчете на оба борта горизонтального расчленения рельефа).
В целом по району FОбЕс ?5 км2.
МОбЕс ?25*103*FОбЕс ?125 тыс. т/год, из них ?50 тыс. т/год -
выветривание береговых обрывов у рек (см. расчет ниже).
к) Масса смыва с поверхности антропогенных обнажений (МОбАнт)
определена по той же формуле, но Уд=0,8 (большая часть смытого
материала не поступает в гидросеть, а задерживается по пути в
понижениях рельефа), а площадь антропогенных обнажений приурочена
в основном к дорогам, просекам и др. местам нарушения растительного
покрова и составляет:
FОбАнт ?0,001*0,5*1200*10 ?6 км2, (31)
где ?J ?0,5; LJ ?1200 км; ШJ ?10м);
МОбАнт=5*103*FОбЕс*25*(1-0,8)= 5*103*FОбЕс ?30 тыс. т/год
9. Выветривание естественных обнажений горных пород
При средней скорости выветривания горных пород (флиша) ?Выв до 3,4-4
мм/год, а в отдельных местах и больше [4] из обнажений береговых
обрывов рек и моря периодически вываливаются массы обломочного
материала и крупные глыбы, которые постепенно перерабатываются в
мелочь, как в руслах рек, так и в волноприбойной зоне моря [9]. Поэтому
можно принять Уд ?0, т.е. что продукты выветривания практически
полностью поступают в гидросеть и в море.
Определение массы продуктов выветривания
а) Выветривание естественных обнажений береговых обрывов рек:
МВывРек=103*FВыв*?гп*?Выв*(1-Уд), т/год (32)
где ?гп ?2,7т/м3 - плотность горных пород;FВыв ?5 км2.
МВывРек=103*FВыв*2,7*4*(1-0) ?104*FВыв ?50 тыс.т/год.
б) Выветривание естественных обнажений береговых обрывов у
моря:
МВыМор=103*FМор*?Выв*(1-Уд), т/год (33)
При средней скорости выветривания горных пород (флиша) ?обес - 25
(пределы от 9 до 69) кг/(год*м2), Fмор=6 км2(общая длина обнаженных
обрывов LОбр ?100 км при средней длине откоса ?60м) МВыМор
?25*103*FМор ?150 тыс.т/год.
10. Абразия коренных пород и истирание галечного материала
в волноприбойной зоне моря
Этот процесс протекает в основном за счет абразирующего действия
обломочного материала (там, где нет обломочного материала, скорость
истирания очень мала, практически близка к нулю). Большую роль в
отступании клифов играет физическое выветривание пород, время от
времени на различных участках происходят обвалы, и тогда берег сразу
отступает на 1-2 м. Обычно за год море успевает растащить все обломки
и измельчить их и волны снова начинают омывать то место, где
произошел обвал [9]. Масса мелких фракций образующейся взвеси (МАбр)
определена по формуле: МАбр=103*?гп*?е(Lе*Ше*?е*Ке),
тыс.т/год (34)
Здесь ?е - знак суммации по е-тым участкам берегов;
Lе - длина е-го участка берега, км;
Ше - ширина (м) волноприбойной зоны е-го участка берега, в
которой происходит абразия коренных пород и истирание пляжевого
материала (валунного, галечного, гравийного);
?е - скорость абразии коренных пород и истирание пляжевого
материала, м/год;
Ке - коэффициент учета поверхности абразии коренных пород и
истирания пляжевого материала по сравнению с площадью проекции
дна (Lе*Ше). Его величина для процесса истирания пляжевого материала
определена из выражения: Ке =[2*(4*?/3)/(?/4)]-0,5 =~3,3, где 2 - значение Ке
для истирания плоского камня по плоскому дну, а выражение (4*?/3)/(
?/4) - значение Ке для истирания между собой круглых форм (Ке ?5,3).
Величина ?е колеблется от 0 (в примысовой зоне, где сосредоточены
крупные малоподвижные валуны и глыбы, вдобавок еще покрытые
слоем водорослей) до ?е?1 мм/год в юго-восточном участке побережья, до
?е?3-4 мм/год в северо-западном участке и до ?е?1-5 см/год - для абразии
коренных пород (флиша) активных клифов в зоне прибоя [4].
Величина Ше определена из выражения:
Ше = hве/sinJе, (35)
где Jе - уклон дна прибойной зоны; hВе - средняя высота волн (м).
Значение hВе для открытого (вне бухт) определено как среднекубическая
величина, учитывая, что истирающая мощность прибойной волны
пропорциональна кубу ее высоты (то есть, hВе=hСрКуб и составляет ~?1м,
тогда как среднеквадратичное значение hСрКв ?0,8м.
Данные по определению массы взвешенных веществ, образующихся
при абразии коренных пород и истирании пляжевого материала
приведены в таблице 4.
Таблица 4
Участок побережья
Lе,
км
SinJе
Ке
?е, м
hВе,
м
Ше
, м
Ме при
Lе=1км,
т/год
Ме,
т/год
Абразия активных
клифов и мысов
8
0,03
0,8
43
3490
28000
Истирание пляжевого
материала: мыс Дооб-
Голубая Бухта
7
0,15
3,3
0,047
0,8
11
1130
3200
То же: Голубая Бухта
1
0,12
3,3
0,003
4
0,6
10
300
300
То же: Геленджикская
бухта
5
0,06
3,3
0,002
3
0,4
13
270
1300
То же: Голубая Бухта-
мыс Тонкий
5
0/12
3,3
0,003
1
0,8
13
360
1800
То же мыс Толстый-
мыс Идокопас
20
0,14
3,3
0,003
2
0,8
12
340
6800
То же: мыс Идокопас-
мыс Чугавкопас
15
0,15
3,3
0,001
3
0,8
11
126
1900
То же: бухты Архипо-
Осиповки-Инал
28
0,075
3,3
0,001
0,8
21
186
5200
То же: бухта Инал-мыс
Гуавга
25
0,064
3,3
0,001
0,8
25
220
5500
То же: мыс Гуавга-мыс
Грязнова
10
0,14
3,3
0,001
0,8
12
110
1100
То же: мыс Грязнова-
мыс Кодош
18
0,13
3,3
0,002
0,8
13
230
4100
Итого
142
(150
)
70000
Прочие гидродинамические и гидробиохимические процессы и
явления обусловливают перенос, седиментацию, взмучивание взвеси, но
не создают новых ее количеств и, поэтому, не являются источниками
поступления загрязняющих веществ в прибрежную акваторию моря.
Обобщенный материал по ориентировочной оценке массы
поступлений взвешенных веществ море приведен в таблице 5.
Таблица 5
Процессы, явления,
источники
поступления загрязняющих
веществ в море
Формула
(упрощенная)
удельная
масса,
mу т/год
с 1 км2
пло-
щадь
, F
км2
Масса
вещества,
т/год нату-
ральных
1
2
3
4
5
Взвешенные вещества - всего
(в том числе за счет
естественных процессов)
790000
(600000)
в том числе:
1. Оседание аэрозолей из
атмосферы непосредственно в
прибрежную акваторию моря
Мij=mуFj
132
600
80000
2. Абразия коренных пород и
истирание галечного
материала в прибойной зоне
Мij=mуLj
~500
142
70000
3. Выветривание горных
пород прибрежной зоны
Мij=mуFj
25000
F=6
L=10
0
150000
4. Сток в море взвешенных
наносов рек и временных
водотоков - всего
1500
490000
в том чиспе за счет:
А. Естественных процессов -
всего
340000
в том числе:
1)Выветривание естественных
обнажений горных пород в
водосборах рек
50000
2)Размыв выносов лавин,
оползней
Мij=mуFj
1,6
1500
2400
3) Размыв селевых отложений
Мij=mуFj
9,3
1500
14000
4) Взвешенный сток
селеподобных потоков
Мij=mуFj
67
1500
100000
5)Русловой размыв
Мij=mуFj
28
1500
42000
6) Поверхностный смыв - все-
го
Мij=mу*Fj
87
1500
131000
в том числе:
а) с залесенных склонов
Мij=650Fj(1-Уд)
10
600
6000
б) с естественных обнажений у
рек
Мij=mуFj(1-Уд)
15000
5
75000
Б. Совместных естественных и
антропогенных процессов -
всего
150000
в том числе: 1) Линейная
эрозия грунтовых дорог и
просек
Мij=mуFj(1-Уд)
1500
2
3000
2) Поверхностный смыв - все-
го
127000
в том числе: а) со свежих лссо-
сек
Мij=9600Fj(1-
Уд)
1440
1
1400
б) с пастбищ с ненарушенной
дерниной
Мij=36Fj(1-Уд)
11
150
1600
в) с пастбищ с нарушенной
дерниной
Мij=2400Fj(1-
Уд)
800
12
10000
г) с антропогенных обнажений
горных пород (у дорог, просек
и т.п.)
Мij=25000Fj(1-
Уд)
5000
6
30000
д) размыв поверхности
грунтовых дорог, просек,
площадок и т.п.
Мij=8100*Fj(1-
Уд)
4050
2
8000
е) с пахотных земель
(пропашные виноградники,
сады и др.)
Мij=10000Fj(1-
Уд)
1500
50
75000
ж) с приусадебных, дачных
участков, огородов
Мij=mуFj(1-Уд)
100
10
1000
3) Смыв пыли, грязи с
поверхности дорог, тротуаров,
площадей и т.п.
Мij=5000F1(1-
Уд)
5000
4
20000
Суммарная масса поступлений в море взвешенных веществ,
образующихся и переносимых посредством терригенных процессов (см.
табл. 6.15), составляет около 440 тыс.т/год, что на ~50 тыс.т/год меньше
взвешенного стока рек. Этот небаланс (в размере около 10% взвешенного
стока рек) можно отнести на счет неучтенных поступлений (как
естественных, так и природно-антропогенных).
2.1.2. Нефтепродукты
По данным [10] (с.425) район Туапсе поставляет в море со стоком рек
?850 т/год нефтепродуктов (НП). Доля нашего района (в пересчете на его
речной сток воды - ?1,6 км3/год) составляет ?510 т/год. Согласно
табл.10.1 [10] концентрация НП в жидкой фазе ливневых стоков реки Су-
Аран (г.Геленджик) составляет 0,11-5 (средняя - 1,2) мг/л, а в твердой
фазе - 0-15 (в среднем - ?5, а в большинстве проб - 0) г/кг.
В нашем районе НП поступают в море в виде потерь и
нерегистрируемых и несанкционированных сбросов при эксплуатации
транспортных средств, при автомобильной перевозке НП, при хранении
НП на базах и АЗС, при сливо-наливных операциях (в том числе - при
заправке автомобилей). Поступления НП в море возможны и с танкеров,
стоящих на рейде (на расстоянии ?0,5-4 км от берега, на участке между
мысом Дооб и Голубой Бухтой) в ожидании очереди входа в
Новороссийский порт. Данных о количестве НП, поступающих в
морскую среду при эксплуатации маломерного флота нет, однако,
учитывая ее интенсивность, загрязнение от последнего ориентировочно
может быть сравнимым с поступлением НП от крупнотоннажного флота
[4]. В нашу акваторию НП переносят прибрежные течения из более
загрязненных портовых акваторий Новороссийска и Туапсе.
Доля потерь бензина (в % от общей массы обращаемого бензина
(GБе) - при пеперевозке, хранении и т.п.) составляет (согласно [11]):
при перевозке НП - ППер=0,08%;
при хранении на АЗС - ПХр=0,24%;
при заправке на АЗС - ПЗап=0,036-0,04%;
эксплуатационные (рейсовые) - из топливных баков - 0,08%.
Нормы потерь дизельного топлива на суше вдвое меньше (оно
испаряется намного медленнее), а на море - 0,12% от расхода.
Годовой расход дизельного топлива (GДТСуд) судовыми двигателями
и дизель-генераторами вспомогательных судов (число судов ЧСуд ?120, в
т.ч. ?60 единиц в Новороссийске [12] и ?60 единиц в Туапсе, Геленджике,
Голубой Бухте) составляет:
GДТСуд=103*gДТ*?э(ЧСуд*Nэ*?эч) ?86 тыс.т/год, (36)
где: gДТ=0,18 кг/кВт*ч - удельный часовой расход топлива на единицу
мощности двигателя;
?э - знак суммации по числу судов;
Чэсуд -число судов э-го типа (?эЧэсуд ?120);
Nэ - мощность двигателей или генераторов э-го судна, кВт (в среднем Nэ
?200 кВт);
?эч - число часов (ч/год) работы двигателей или генераторов э-го судна (в
среднем ?э ?300*8=2400 ч/год).
В Геленджикской части нашего района исследований
зарегистрированы около 1 тыс. грузовых и около 20 тыс. легковых
автомобилей, а также около 5 тыс. - в Туапсинской части района; кроме
того в районе за год бывает около 40 тыс. автомобилей приезжих
(приблизительно по 20 дней). При суточном расходе 6кг бензина (?100 км
пробега) местными автомашинами и 12кг - приезжими общий годовой
расход бензина составит: GБеДвМе = 10-3*(6*25*365 +12*40*20) ?66
тыс.т/год.
По данным хронометражных наблюдений среднесуточная интенсивность
движения по основной автомагистрали Новороссийск-Туапсе (длина
участка в нашем районе ?150км): 8-10 тыс./сут легковых и 3-4 тыс./сут
грузовых и специальных автомашин и автобусов. При удельном расходе
бензина легковыми автомобилями ?0,05-0,06 кг/км пробега годовой
расход бензина составит:
GБеАт=103*0,06*150*104*365 ?33 тыс.т/год
Общий учтенный расход бензина в районе - GБеАт ?100 тыс.т/год.
Годовой расход дизельного топлива (GДТАт) двигателями
автотранспорта определен следующим образом.
а) местным грузовым и пассажирским транспортом (GДТАтМе):
GДТАтМе=10-3*?э(yэдт*Чэавме*Lэав*?эав) ?18 тыс.т/год (37)
где yэдт - удельный расход дизельного топлива э-м типом машин на 1 км
пробега (в среднем ?0,3 кг/км); Чэавме - число местных автомашин (?1тыс.
ед.); Lэав - средний суточный пробег (?200 км/сут); ?эав - число суток
работы в году (?300 сут/год).
б) транзитным транспортом (GДТАтТр):
GДТАтТр=10-3*0,3*150*365*4 ?66 тыс.т/год
в) Общий годовой расход дизельного топлива (GДТАт) двигателями
автотранспорта составляет: GДТАт ?18+66 = 84 тыс.т/год.
Исходя из этих расходов, потери НП составляют:
а) от судов непосредственно в море:
10-2*0,12*86000 ?103 т/год;
б) бензина на суше:
10-2*[0,08*33000+(0,08+0,24+0,04+0,08)*66000] ?317 т/год;
в) дизельное топлива на суше:
10-2*(0,04*66000+(0,04+0,12+0,02+0,04)*18000) ?66 т/год;
Общие потери НП на суше составят: 317+66=383 т/год, что значительно
меньше поступлений НП в море со стоком рек. Поскольку не вся масса
потерь НП на суше поступает в море, можно полагать, что принятые для
расчета нормы потерь НП занижены, поэтому за основу для
последующей оценки принята величина поступлений НП со стоком рек.
Одним из источников поступления НП в море считают их осаждение
из атмосферы. В Мировой океан поступает 0,23% добычи нефти (?7
млн.т/год), в том числе 10% (?0,7 млн.т/год) осаждается из атмосферы.
Средняя скорость поступления НП из атмосферы составляет около 2
кг/(год*км2) при средней концентрации НП в атмосферном воздухе над
поверхностью океана <1 (а у Гавайских островов ?10) мкг/м3 [11]. Над
внутренними морями (в т.ч. и над Черным) она часто превышает 10
мкг/м3, при этом скорость поступления НП из атмосферы составит около
20 кг/(год*км2) или порядка 10 т/год - в прибрежной акватории нашего
района.
Исходя из этих соображений, общее поступление НП в море (МНпОбщ)
составляет:
МНпОбщ =~103+510+10=623 т/год
2.1.3. Продукты сжигания топлива
При сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания образуется ряд
вредных веществ, способных поступать в море. Удельные (в кг на 1т
использованных НП) количества таких веществ составляют (согласно
Инструкции [13]) для бензина и дизтоплива (цифры в скобках): углеводороды
- 100 (30), окислы азота NO2 - 40 (40), NO2 в расчете на NO3-- 54 (54), сажа - 1-2
(4-6), свинец - 0,4 (-), бенз/а/пирен - 0,3*10-3 (0,15*10-3).
Исходя из этих удельных выбросов и приведенных выше данных о
расходе моторного топлива, масса выбросов этих веществ с выхлопными
газами составляет (МiВыхл, т/год): углеводороды - 15100, NO3-- 14500, сажа -
1200, свинец - 40, бенз/а/пирен - 0,056 т/год.
В районе в качестве бытового, коммунального и промышленного топлива
используют около 200 млн. м3/год газообразного топлива; при сжигании 1 млн.
м3 газа образуется около 2т NO2 [14-15], то есть 400 т/год или 540 т/год в
расчете на NO3-. Таким образом, общий выброс NO3- в районе ?15 тыс. т/год.
значительная часть его оседает либо в море, либо на сушу, откуда частично
смывается в море.
Масса выбросов ванадия определена по данным и методикам [14-16] для
содержания серы 0,3% (или 0,003т/т) в дизтопливе. Удельный выход ванадия
при сжигании топлива равен ~0,008 т на 1т серы в топливе. При сжигании 170
тыс.т/год топлива выброс ванадия составит 0,008*0,003*170000 ?4 т/год, что
более, чем на порядок ниже его поступления из других регионов с воздушными
потоками.
2.1.4. ПАУ, бенз/а/пирен (3,4-бензпирен)
Кроме 0,056 т/год бенз/а/пирена, выбрасываемого в районе в атмосферу с
дымовыми и выхлопными газами, источниками образования или выделения
бенз/а/пирена (как эталона полициклических ароматических углеводородов -
ПАУ) являются разогрев и варка битума (для гидроизоляционных работ),
приготовление асфальта и биндера (а также их перевозка и укладка на дороги),
истирание поверхности асфальта при движении транспортных средств,
сжигание мусора, листьев и др. растительных отходов. Их количественная
оценка весьма сложна и трудоемка и может служить темой многих
самостоятельных работ. Бенз/а/пирен из атмосферы оседает либо в море, либо
на сушу, откуда частично смывается в море. Непосредственно в море
осаждается почти вся масса бенз/а/пирена, выбрасываемого с выхлопными
газами судовых двигателей и дизель-генераторов (?0,013 т/год) и
сорбируемого частицами сажи. Кроме того, происходит осаждение
бенз/а/пирена, приносимого воздушными потоками из других регионов. По
данным [10] в Балтийское море 0,1 т/год бенз/а/пирена поступает со
сбросами судоходства и 3,2 т/год выпадает из атмосферы, 1,2т - со стоком
рек. Среднегодовая интенсивность процесса осаждения, определенная по этим
данным, составляет 3,2/419000 ?7,6*10-6 т/км2 (здесь 3,2 т/год - масса осаждения
бенз/а/пирена на площадь 419 тыс. км2 [17]) или ?7,6*10-6 *600 ?0,0046 т/год на
всю прибрежную акваторию нашего района (полосу шириной 4-5 км,
площадью 600 км2).
Бенз/а/пирен, образующийся на суше, поступает в море в основном со
стоком рек, временных водотоков и различных других стоков. Во взвеси р.Су-
Аран содержится от 11 до 75нг/г бенз/а/пирена.
В работе [10] приведены результаты измерения содержания всех
ПАУ в целом, а также бенз/а/пирена, его гомологов и некоторых др. ПАУ.
Известно (например, [18] и др.), что бенз/а/пирен - самый активный (среди
ПАУ) канцероген и им представлено около 70% суммарной активности всех
ПАУ, обращаемых в большинстве технологических процессов, связанных с их
образованием. Поэтому данные [10] по содержанию ПАУ условно приве-
дены нами к активности бенз/а/пирена (см. табл. 6).
Таблица 6
Показатели
Масса
взве-
шенно
го
стока,
тыс.т/
год
Средняя концентрация в
твердой взвеси стока, нг/г
Годовой сток в море, т/год
Все
ПАУ
Бенз/а/
пирен
и его
гомо-
логи
Все ПАУ,
при-
веденные
к
бенз/а/пир
ену
Все
ПАУ
Бенз/а/п
ирен и
его го-
мологи
Все ПАУ,
при-
веденные
к
бенз/а/пир
ену
Сток Су-Аран и др.
водотоков
Геленджика
5
1725
56
80
0,0086
0,00028
0,0004
Сток с прочих
урбанизированных
территорий района
5
1725
56
80
0,0086
0,00028
0,0004
Сток с неурбанизиро-
ванных территорий
района
480
14,5
0,165
0,24
0,007
0,00008
0,0001
Общий взвешенный
сток по району
исследований
490
50
1,3
1,86
0,024
0,00064
0,0009
Если принять среднее содержание бенз/а/пирена во всем выносе
взвешенных веществ равным его средней концентрации в твердом стоке р.Су-
Аран (80 нг/г), вынос бенз/а/пирена в море со стоком рек составит
80*490000*10-9 ?0,04 т/год, а суммарное поступление бенз/а/пирена в море:
МБаП ?0,04+0,018=0,058 т/год
2.1.5. Азот аммонийный и органические вешества
В районе выделяются следующие основные источники поступления в море
аммонийного азота: хозяйственно-бытовые сточные воды (ХБСВ)
населенных пунктов, объектов рекреации и морских судов, а также
поверхностный смыв с пастбищ и пашни. В Геленджике в море
сбрасывают после очистки ?20 тыс.м3 в сутки ХБСВ от производст-
венных процессов и жизнедеятельности 60 тысяч человек (с учетом
приезжих). Азот аммонийный - основной компонент сточных вод, для
которого установлена ПДК. В стоки поступает около 10г аммонийного
азота от 1 человека в сутки [1]. Для Геленджика годовое поступление аммо-
нийного азота (МАзАм) составит:
МАзАм= 10-6*10*365*60000 ?219 т/год
Для прочих населенных пунктов района МАзАм определена для 20 тыс. чел.
местного населения (365сут/год) и ?1 млн.чел. приезжих (20 сут/год):
МАзАм=10-6*10*(365*20000+20*106) ?273 т/год
Общее годовое поступление аммонийного азота в ХБСВ составит
219+273=492 т/год.
Для жилищ, не оборудованных канализацией, сбросы аммонийного
азота и др. отходов жизнедеятельности близки к нулю (за редкими
исключениями - использования фекалий для удобрения почвы с последующим
смывом ливневыми стоками).
Содержание органических веществ в ХБСВ (в эквиваленте БПК5)
составляет 185-600 мг/л [3] или в среднем ?0,4 кг/м3 или около 0,14 кг на
1 человека в сутки, что соответствует поступлению в ХБСВ ?6,9
тыс.т/год. При условии очистки сточных вод (с эффективностью 90%)
масса поступлений в море на порядок меньше, то есть ~ 50 т/год
аммонийного азота и ?700 т/год органических веществ.
Непосредственно в море поступает значительная часть
несанкционированных хоз-бытовых стоков судов. При среднегодовом
составе персонала судов ~1,2 тыс.чел. (по 10чел. на судно) общее годовое
поступление составит: аммонийного азота ~5 т/год и органических веществ
?60 т/год.
С поверхностным смывом с постоянных пастбищ выносится 6,4-9 (в
среднем 8) кг/год с 1 га общего азота [19] или ?0,4 т/(год*км2)
аммонийного азота. Для эпизодического выпаса скота вынос в несколько раз
меньше - то есть порядка 0,1 т/(год*км2). Годовой вынос составляет:
0,4*15+0,1*150=21т/год.
С поверхностным смывом с пашни выносится в среднем несколько
кг/год с 1га общего азота [8] или ?0,2 т/(год*км2) аммонийного азота; при
площади пашни ?50 км2 годовой вынос составляет 10 т/год и
приблизительно на порядок выше вынос органических веществ.
Поступления химических компонентов, вымываемых из почвы
(соединений кальция, магния, натрия, калия, углерода, фосфора и др.) не
учитывают, так как они, как правило, не токсичны (в обычных
повсеместных их концентрациях в элементах окружающей среды) и на
них не установлены ПДК содержания в морской воде.
Фенолы в естественных условиях образуются в процессах
метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и
трансформации органических веществ, протекающих как в водной
толще, так и в донных отложениях. Обычно фенолы являются одним из
наиболее распространенных загрязнителей, поступающих в поверх-
ностные воды со стоками различных предприятий. Однако в
водосборных бассейнах подавляющего большинства рек нашего района
таких предприятий практически нет. В незагрязненных или
слабозагрязненных речных водах содержание фенолов обычно не
превышает 20 мг/м3, а в загрязненных природных водах - до десятков и
сотен мг/м3 [1]. Загрязненными в нашем районе считают стоки
Геленджикской котловины (около 10 млн. м3/год). Исходя из этого,
поступление фенолов в море (МФен) составит:
МФен=10-3*(100*10 + 20*1590) = ?33 т/год
В дождевой воде городских районов зарегистрировано присутствие
формальдегида. Главный источник альдегидов - выхлопные газы
двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Согласно [18] в ДВС образуется
альдегидов ?0,02% от массы топлива, то есть около 54 т/год.
Формальдегид - сильный восстановитель; в водной среде он подверга-
ется биодеградации: в аэробных условиях при 20°С разложение
продолжается около 30 часов, в анаэробных - ?48ч, поэтому он не
аккумулируется в морской среде и не представляет особой вредности.
2.1.6. Пестициды (ХОП, ФОС, ХФОС)
Исследования 1992-93гг. [10] показали, что концентрация пестицидов в
воде в устьях рек Небух, Нечевсухо, Шапсухо, Джубга, Вулан, Пшада, Мезыбь,
Адерба составляет около 0,05 мкг/л. Особенно значительные концентрации
(часто - более 1, иногда - до 4 мкг/л) обнаруживали в воде рек Тешебс, Текос,
Вулан, Пшада, Мезыбь; концентрация их в меженный период составляла
?0,01мкг/л. С учетом частоты повторяемости (в %) этих концентраций
среднегодовая концентрация составит: (0,05*95+1*4,9+4*0,1)/100 ?0,1 мкг/л.
При такой концентрации годовое поступление пестицидов со стоком основных
(по величине стока или по значимости для людей) рек составит (кг/год):
Пшада - 31; Вулан - 22; Мезыбь - 12; Шапсухо - 11; Нечепсухо - 7; Небуг - 4;
Джубга - 2,4; Ашамба, Су-Аран и др. водотоки Геленджика - 2,6; остальные
водотоки района - 21,7; всего по району (между мысами Дооб и Кодош) -?114
кг/год. В целом эта величина близка к показателям стока пестицидов в других
(с учетом величины их площади) районах Краснодарского края.
Примечание: поступление в море НП, ПАУ, ТМ и др. с промстоками
предприятий и коммунально-бытовых служб учтено в составе речных и
ливневых стоков.
2.1.7. Токсичные ("тяжелые") металлы
Основная масса токсичных металлов (ТМ) поступает в море по двум путям - с
атмосферными осадками и со стоком рек и временных водотоков.
1) Поступление ТМ непосредственно в море с атмосферными осадками
Имеющаяся информация о концентрациях ТМ в дождевых водах и
аэрозолях акватории Черного моря очень ограниченна. В работе [4]
приведены данные о концентрации некоторых ТМ в дождевых осадках и
в составе аэрозолей. Из этих данных видно, что, во-первых, в дождевой
воде концентрации Сu, Рb, Со существенно выше, чем в речной воде; во-
вторых, они варьируют в зависимости от времени и географического
положения. Оценки показывают, что для всей акватории моря в 1979г. по-
ступление металлов с дождями в слой морских вод 0-100м составило 22-
25% от их содержания в морской воде. По данным Ю.П.Хрусталева с
соавт. [4] в период 1979-1982гг. концентрация ТМ в дождевой воде
атмосферных осадков восточной части Черного моря составила (мкг/л
или мг/м3): Cu=64,4; Pb=2,7; Cd=2,85; Ag=0,19 мг/м3.
Дополнительно металлы поступают в поверхностную пленку
морской воды при осаждении аэрозолей. Превалирующие направления
потоков аэрозолей в южной части Черного моря - на восток (т.е. из
Западной Европы), в северной - из России и Украины. По уровню
концентраций металлов в аэрозолях акватория Черного моря занимает
промежуточное положение между промышленно развитыми районами
Европы и чистой атмосферой над океанами: отношение Мn/V
(показатель техногенности аэрозолей) в Западной Европе, всей южной
части Черного моря и у берегов Турции равно, соответственно, 7,3; 5,8 и
3,5.
Вклад эоловой поставки материала на восточный шельф Черного
моря от вертикального потока оседающих аэрозолей равен НАэр=0,36 г/м2
в сутки или ?132 т/(год*км2), что составляет 22% от среднего
вертикального потока морской взвеси [4]. Концентрация ряда
токсичных элементов - Zn, Рb, Аg, Sn, Сu, Ni в аэрозолях в 2-10 раз
выше, чем в морской взвеси. При норме дождевых осадков НДож (м/год) и
средней концентрацию ТМ в дождевой воде СДожТМ (г/м3) масса
поступления ТМ (МДожТМ) из воздуха с дождевой водой в прибрежную
акваторию моря площадью FАкв (км2) составит:
МДожТМ = СДожТМ* НДож*FАкв, т/год (38)
По подобной формуле можно определить и массу осаждения ТМ из
атмосферы с аэрозольными частицами (МАэрТМ):
МАэрТМ = САэрТМ*НАэр*FАкв, т/год, (39)
где НАэр - интенсивность осаждения аэрозольных частиц из атмосферы в
т/(год*км2), а САэрТМ - средняя концентрация ТМ в осевших аэрозолях
(г/т).
Исходя из приведенных выше цифр, в нашу акваторию с дождевой
водой поступает (т/год): Cu ?50; Pb ?2; Cd ?2,2; Ag ?0,15 т/год.
М.Leermacers с соавт. [20] в 200 км от центра Северного моря
определили концентрацию ртути в дождевой воде - 5-25 нг/л, а ежегодное
поступление ртути из воздуха в море - 1,08 нг/см2. При норме осадков
НОс=1,3 м/год и средней концентрацию ртути в дождевой воде СДожНg =15
мкг/м3 поступление ртути (МДожНg) из воздуха с дождевой водой в нашу
прибрежную акваторию моря составит:
МДожНg =10-6*СДожНg*НОс*FАкв=10-6*15*1,3*600 ?0,012 т/год (40)
Согласно данным [10] средние концентрации ТМ в придонной (глубины 8-
40м) взвеси на участке от Голубой Бухты до Архипо-Осиповки составляют (г/т
взвеси): Fe - 104; Mn - 400; Cu - 34; Zn - 130; Pb - 60; Cd - 4; Co - 4; Ni - 20.
Средние концентрации ТМ в осевших аэрозолях составляют (г/т взвеси): Cu -
210; Zn - 810; Pb - 120; Cd - 20; Co - 24; Ni - 120 г/т; Mn - 2,5 кг/т; Fe - 21 кг/т.
Поступление ТМ из воздуха с осевшими аэрозолями в нашу
прибрежную акваторию моря (FАкв=600 км2) составит, т/год (в скобках -
вместе с дождевыми водами): Fe - 1670; Mn - 200; Cu - 17 (67); Zn - 65; Pb - 10
(12); Cd - 2 (4); Co - 2; Ni - 10; Ag - (0,15), Hg - 0,012 т/год. Масса ванадия (34
т/год) найдена из соотношения Мn/V ?5,8.
Следует отметить, что над прибрежной территорией суши - над склонами
ГКХ происходит еще более интенсивная (чем над прибрежной акваторией
моря) конденсация атмосферной влаги, что еще больше усиливает вымывание
аэрозольных частиц из воздуха, а вместе с ними - и тяжелых металлов,
бенз/а/пирена и др. вредных веществ. Значительная часть осевшего
материала смывается атмосферными осадками и в составе ливневого и
талого стока поступает в гидрографическую сеть, а затем в море.
2) Поступление ТМ со стоком рек
Средние концентрации металлов в морской воде меньше,чем в речной в
?5 раз для Рb, в ?4 раза для Мn, в ?3 раза для Сd, Cu и Ni, в ?2 раза для
Со и мало изменяются для Zn и Fе [4]. Основной объем металлов
выносится с водосбора природным путем: паводковыми речными
водами и ливневыми водотоками [21].
2-а) Поступление ТМ со стоком рек в растворенном виде
По усредненным данным [10] определено поступление ТМ в растворенной и
взвешенной формах со стоком рек нашего района (см. табл. 7).
Таблица 7
Реки
Годовой
сток воды
(млн. м3) и
взвеси, тыс.т
(в скобках)
Поступление ТМ в растворенной и взвешенной
(цифры в скобках) формах со стоком рек нашего
района, тыс.т/год
Cu
Zn
Pb
Cd
Co
Ni
Ашамба
9 (4)
(0,14)
(0,3)
(0,14)
(0,021)
(0,04)
Су-Аран и др.
водотоки
Геленджика
11 (5)
(2,6)
(0,8)
(0,08)
Мезыбь
122,2 (50,4)
0,26
(35,3)
1,5
(40,8)
0,15
0,007
0,086
0,13
Пшада
310 (66,2)
1,18
(4,3)
4,7
(17,3)
1,4
(3,97)
0,05
(0,2)
0,4
(1,46)
1,27
(4,63)
Вулан
219 (42,8)
1,2
(1,33)
7,9 (8,7)
1,2 (1,3)
0,079
(0,086)
0,9
(1,03)
1,45
(1,63)
Шапсухо
222,4 (88,2)
0,62 (3)
3,42
(16,8)
1,8
(8,82)
0,018
(0,088)
0,45
(2,2)
0,91
(4,41)
Прочие реки рай-
она
707 (231)
2 (7,9)
11 (46)
5,7 (23)
0,06
(0,23)
1,4 (7)
2,9
(11,6)
Итого по району
1600 (490)
8 (55)
29,6
(160)
10,5
(37,5)
0,24
(0,63)
3,2
(11,8)
6,7
(22,4)
Данные по средним концентрациям растворенных и взвешенных форм ТМ в
речных водах и общему стоку ТМ в море по нашему району приведены ниже в
табл. 8.
Таблица 8
Металл
Конц. в растворе
мг/ м3
Конц. во взвеси
г/т
Общий сток ТМ в море , т/год
В растворе
Во взвеси
В целом
Сu
6,6
112
11
55
66
Zn
8,13
326
13
160
173
Рb
4
77
6,4
37,5
44
Cd
0,23
3
0,4
1,5
2
Со
0,8
24
1,3
11,8
13
Сr
5
8
8
Ni
3,35
46
5,4
22,4
28
Нg
0,014
0,023
0,023
Аg
1
1,6
1,6
Мn
32,1
620
51
304
355
Fе
31,2
до 15-16 тысяч
50
7600
7650
Таким образом, в растворенном виде выносится значительная часть
токсичных металлов (от 0,65% железа до 26% кадмия, а для Ag, Hg, Cr
она, возможно, еще выше). Сток ванадия условно принят в размере 20%
массы его осаждения из атмосферы на сушу (34*1500/600 ?85 т/год) - 17
т/год.
ТМ поступают от промышленных и коммунально-бытовых
предприятий и служб в основном с аэрозольными и пыле-газообразными
выбросами при электрической и кислородно-газовой сварке и резке
металлов, при ремонте оборудования, строительных конструкций,
коммуникаций и др. При расходе 100 т/год (~1 кг/год на 1 жителя района)
сварочных электродов наиболее употребительных марок АНО-4 и 5
(содержащих 0,35-0,6% марганца, 0,3% никеля, 0,15% хрома; удельные
выделения при сварке, кг/т электродов: Fе - 10; Mn - 1; Cr 6-валентный -
0,2; Ni - 0,1 [22-23]) годовое поступление металлов в атмосферу со
сварочным аэрозолем составит (т/год): Fе - 1; Mn - 0,1; Cr 6-валентный -
0,02; Ni - 0,01 т/год, что на 3-4 порядка меньше их поступлений в море со
стоком рек.
Поступление ТМ с стоками промышленных предприятий учтено в
составе речных и ливневых стоков. В речных водах Туапсинской зоны
обнаружена взаимосвязь содержания Zn и НП; у свинца эта взаимосвязь
проявляется слабее [10]. Устойчивая прямая корреляция характерна для
концентраций (в речных водах района) ртути и пестицидов; медь и кадмий не
проявляют корреляции с другими загрязняющими веществами. Это
позволило авторам [10] предположить, что заметная часть цинка и свинца
поставляется в море в составе нефтепродуктов, а ртуть - с пестицидами.
Сезонные колебания концентраций в речных водах наиболее выражены у
пестицидов и ртути и слабее - у меди при максимуме концентраций весной. По
мнению авторов [10], основная часть (60-95%) НП и ПАУ поступает с во-
досборов во взвешенном состоянии, то же характерно для ливневых и промыш-
ленных вод.
2.1.8. Поступление растворенных веществ (в основном - бикарбонатов и
хлоридов
кальция, магния, натрия, калия) со стоком рек, временных водотоков и
стоков
Масса поступления растворенных веществ (МРаств) определена по
формуле:
МРаств= 103*?э(gэРаств*Wэ) = ~0,7 млн. т/год, (41)
где ?э - знак суммации по всем (э-тым) водотокам: gэРаств- среднегодовая
концентрация растворенных веществ в воде э-тых водотоков, кг/м3;
Wэ - годовой сток воды э-го водотока, м3/год.
Средняя концентрация растворенных веществ (gРаств) в стоке
района:
gРаств= МРаств/(10-3*WВ)=0,7*106/(10-3*1,6*109) ?0,44 кг/м3
(42)
Таким образом, масса поступления в море растворенных веществ почти
вдвое превышает массу поступления веществ во взвешенном состоянии.
3. Обобщающий количественный анализ и оценка вклада различных
процессов,
явлений, источников и веществ в загрязнение прибрежной акватории
моря исследуемого района
Масса поступлений загрязняющих веществ в прибрежную
акваторию моря и доля вклада различных процессов, явлений,
источников и веществ (принятые рыбохозяйственные значения ПДКРХ
веществ (мг/л) - для моря приведены в столбце 6) приведены в таблице 9.
Таблица 9
Процессы, явления, источники
поступления загрязняющих веществ в
море
Масса
поступления
% к общему по-
ступлению
ПДКрх
, мг/л
т/год
натура
-льных
т/год,
привед к
ПДКрх=1
мг/л
данного
веществ
а
всех
вещест
в
1
2
3
4
5
6
Взвешеные вещества - всего
789400
1052533
100
71,23
0,75
в том числе за счет:
1. Оседание аэрозолей из атмосферы
непосредственно в прибрежную
акваторию моря
80000
106667
10,13
7,22
0,75
2. Абразия коренных пород и
истирание галечного матриала в
прибойной зоне
70000
93333
8,87
6,32
0,75
3. Выветривание горных пород
прибрежной зоны
150000
200000
19,00
13,53
0,75
4. Сток в море взвешенных наносов
рек и временных водотоков - всего
489400
652533
62,00
44,16
0,75
в том числе за счет:
А. Естественных процессов - всего
289400
385867
36,66
26,11
0,75
1) Выветривание естественных
обнажений горных пород в водосборах
рек
50000
66667
6,33
4,51
0,75
2) Размыв выносов лавин, оползней
2400
3200
0,30
0,22
0,75
3) Размыв селевых отложений
14000
18667
1,77
1,26
0,75
4) Взвешенный сток селеподобных
потоков
100000
133333
12,67
9,02
0,75
5)Русловой размыв
42000
56000
5,32
3,79
0,75
6) Поверхностный смыв - всего
81000
108000
10,26
7,31
0,75
в том числе: а) с залесенных склонов
6000
8000
0,76
0,54
0,75
б) с естественных обнажений у рек
75000
100000
9,50
6,77
0,75
Б. За счет совместных естественных и
антропогенных процессов - всего
150000
200000
19,00
13,53
0,75
в том числе: 1) Линейная эрозия
грунтовых дорог и просек
3000
4000
0,38
0,27
0,75
2) Поверхностный смыв - всего
127000
169333
16,09
11,46
0,75
в том числе: а) со свежих лесосек
1400
1867
0,18
0,13
0,75
б) с пастбищ с ненарушенной
дерниной
1600
2133
0,20
0,14
0,75
в) с пастбищ с нарушенной дерниной
10000
13333
1,27
0,90
0,75
г) с антропогенных обнажений горных
пород (у дорог, просек и т.п.)
30000
40000
3,80
2,71
0,75
д) размыв поверхности грунтовых
дорог, просек, площадок и т.п.
8000
10667
1,01
0,72
0,75
е) с пахотных земель (пропашные
виноградники, сады и др.)
75000
100000
9,50
6,77
0,75
ж) с приусадебных, дачных участков,
огородов
1000
1333
0,13
0,09
0,75
3) Смыв пыли, грязи с поверхности
дорог, тротуаров, площадей и т.п.
20000
26667
2,53
1,80
0,75
В. Небаланс (неучтенные
поступления)
50000
66667
6,33
4,51
0,75
Нефтепродукты - всего
623
12460
100,00
0,84
0,05
в том числе:
1) осаждение из атмосферы
10
200
1,61
0,01
0,05
2) поступление с судов
103
2060
16,53
0,14
0,05
3) поступление со стоком рек,
временных водотоков и стоков
510
10200
81,86
0,69
0,05
Бенз/а/пирен - всего
0,058
58000
100,00
3,92
0,00000
1
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
0,0046
4600
7,93
0,31
0,00000
1
2) поступление с выхлопными газами
судовых двигтелей и дизель-
генераторов
0,013
13000
22,41
0,88
0,00000
1
3) поступление со стоком рек,
временных водотоков и стоков
0,04
40000
68,97
2,71
0,00000
1
Азот аммонийный - всего
528
230
100,00
0,0155
2,3
в том числе:
1) с хоз-бытовыми стоками судов
5
2
0,95
0,0001
2,3
2) с хоз-бытовыми сточными водами
населенных пунктов и рекреации
492
214
93,18
0,0145
2,3
3) с поверхностным смывом с пастбищ
21
9
3,98
0,0006
2,3
4) с поверхностным смывом с пашни
10
4
1,89
0,0003
2,3
Органические вещества ХБСВ
(условно принято БПК5=2 мг/л)
6900
3450
100,00
0,2335
2
Фенолы
33
33000
100,00
2,2332
0,001
Альдегиды
54
5400
100,00
0,3654
0,01
Пестициды (ХОП, ФОС, ХФОС) -
поступление со стоком рек и
временных водотоков
0,114
11400
100,00
0,77
0,00001
Токсичные ("тяжелые") металлы -
всего
10421,7
9
301245
100,00
20,39
0,0346
в том числе: Железо - всего
9320
186400
61,88
12,61
0,05
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
1670
33400
11,09
2,26
0,05
2) поступление со стоком рек
7650
153000
50,79
10,35
0,05
Марганец - всего
555
11100
3,68
0,75
0,05
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
200
4000
1,33
0,27
0,05
2) поступление со стоком рек
355
7100
2,36
0,48
0,05
Медь - всего
133
26600
8,83
1,80
0,005
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
67
13400
4,45
0,91
0,005
2) поступление со стоком рек
66
13200
4,38
0,89
0,005
Цинк - всего
238
4760
1,58
0,32
0,05
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
65
1300
0,43
0,09
0,05
2) поступление со стоком рек
173
3460
1,15
0,23
0,05
Свинец - всего
56
5600
1,86
0,38
0,01
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
12
1200
0,4
0,08
0,01
2) поступление со стоком рек
44
4400
1,46
0,30
0,01
Кадмий - всего
6
600
0,20
0,04
0,01
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
4
400
0,13
0,03
0,01
2) поступление со стоком рек
2
200
0,07
0,01
0,01
Кобальт - всего
15
3000
1,00
0,20
0,005
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
2
400
0,13
0,03
0,005
2) поступление со стоком рек
13
2600
0,86
0,18
0,005
Никель - всего:
38
3800
1,26
0,26
0,01
в том числе:
1) осаждение из атмосферы
10
1000
0,33
0,07
0,01
2) поступление со стоком рек
28
2800
0,93
0,19
0,01
Ванадий - всего:
51
51000
16,93
3,45
0,001
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
34
34000
11,29
2,30
0,001
2) поступление со стоком рек
17
17000
5,64
1,15
0,001
Ртуть - всего:
0,035
350
0,12
0,02
0,0001
в том числе: 1) осаждение из
атмосферы
0,012
120
0,04
0,01
0,0001
2) поступление со стоком рек
0,023
230
0,08
0,02
0,0001
Хром - осаждение из атмосферы
8
8000
2,66
0,54
0,001
Серебро (принята ПДК=0,05 мг/л) -
всего:
1,75
35
0,012
0,0024
0,05
1) осаждение из атмосферы
0,15
3
0,001
0,0002
0,05
2) поступление со стоком рек
1,6
32
0,011
0,0022
0,05
Итого всех веществ
797484,
1
1477718
100
100,00
0,5397
В целом больше всего загрязнителей поступает в море со стоком рек и
временных водотоков: 62% взвешенных веществ (или 44,16% общей
приведенной массы всех загрязнителей), 69% токсичных металлов (5,7%
общей приведенной массы всех загрязнителей), около 100% пестицидов и
фенолов, 82% нефтепродуктов, 69% бенз/а/пирена, то есть около 2/3
общей приведенной массы всех загрязнителей. Другим важным
процессом-источником загрязнения прибрежной акватории моря явля-
ется оседание аэрозолей из атмосферы непосредственно в море - 10%
взвешенных веществ, 31% токсичных металлов, значительная часть
окислов азота, серы, альдегидов и др. компонентов дымовых и
выхлопных газов.
Второе место по доле вклада занимают токсичные металлы -
20,39%, в том числе 12,61% (или ?62% приведенной массы металлов) -
железо, затем ванадий - 3,45 (?17)%, медь - 1,8 (?8,8)%, марганец - 0,75
(3,68)%, свинец - 0,38 (1,86)%, цинк - 0,32 (1,6)%; хром - 0,54 (2,66)%;
остальные металлы дают менее чем по 0,3% вклада. Третье место по
доле вклада занимает бенз/а/пирен - 3,92%; четвертое фенолы - 2,23%;
остальные вещества дают менее чем по 1% вклада.
Количественный анализ вклада различных процессов, явлений,
источников и веществ в загрязнение прибрежной акватории моря
исследуемого района показал также, что, в отличие от общепринятого
мнения, весьма невелика доля вклада нефтепродуктов (0,84%), в том
числе 82% - поступления со стоком рек и временных водотоков. Еще
меньше доля вклада ртути (0,02%), считающейся одним из наиболее
опасных загрязнителей среды обитания людей.
ВЫВОДЫ
1. Загрязнение моря обусловлено совместным одновременным или
последовательным действием множества природных и антропогенных
факторов, условий, процессов и явлений. Под их воздействием образуется
обширный букет различных загрязнителей водной среды - как взвешенных,
так и растворенных в морской воде. Степень (или уровень) загрязнения
прибрежной акватории моря - величина весьма динамичная, постоянно
изменяющаяся и в пространстве, и во времени, в связи с чем ее практически
невозможно измерить, а тем более - математически смоделировать и
рассчитать с достаточной (для практических целей) точностью (хотя-бы для
определенного ограниченного участка акватории и интервала времени). В
качестве частных критериев оценки природных и антропогенных процессов и
явлений, как источников и причин загрязнения прибрежной акватории моря,
приняты:
а) натуральная масса поступления загрязняющего вещества в море;
б) наименьшие (как наиболее жесткие из всех установленных видов
нормативов ПДКi) предельно допустимые концентрации (ПДКiМин)
загрязняющих веществ в воде, при которых морские воды безопасны в
эпидемическом и радиационном отношении, безвредны по химическому
составу (как для людей, так и для объектов окружающей среды) и имеют
благоприятные (для людей) органолептические свойства.
2. В качестве критерия для комплексной оценки j-тых природных и
антропогенных процессов и явлений, как источников и причин загрязнения
прибрежной акватории моря, принята масса (МijПР) поступления i-го
загрязняющего вещества в море от j-го источника, приведенная (путем
деления Мij на ПДКiМин) к общей ПДКi=1мг/м3, то есть: МijПР = Мij / ПДКiМин,
т/год.
По величине приведенной массы можно сравнивать сбросы и
поступления в море различных веществ с разными по величине ПДК,
определять долю вклада отдельного источника и вещества в процентах от
общей приведенной массы поступивших в море загрязняющих веществ.
3. Натуральная масса загрязняющих веществ, поступающих в
прибрежную акваторию моря исследуемого района определена
ориентировочно (по различным физико- и экономико-географическим
показателям, принятым по опубликованным или по местным фондовым
материалам), с учетом характеристик явлений, масштабов источников и
удельных величин образования загрязняющих веществ и удержания их на
местности по пути к морю.
4. Наиболее распространенным, повсеместным, крупным и
массовым) загрязнителем прибрежной акватории моря являются
взвешенные вещества (их поступления составляют 71,23% общей
приведенной массы всех загрязнителей), а главным (67%) их источником
являются естественные процесссы и явления: сток в море взвешенных
наносов рек и временных водотоков -44,16%, выветривание горных по-
род прибрежной зоны -13,53%, поверхностный смыв - 7,31%, в том числе
с естественных обнажений у рек - 6,77%, взвешенный сток селеподобных
потоков - 8%, абразия коренных пород и истирание галечного материала
в прибойной зоне - 6,32%, выветривание естественных обнажений
горных пород в водосборах рек - 4,51%, русловой размыв - 3,8%;
совместные естественные и антропогенные процессы - ~13,53%; главные
среди них - поверхностный смыв - 11,46% (в том числе с пахотных
земель - пропашные виноградники, сады и др. - 6,77%), оседание
аэрозолей из атмосферы непосредственно в прибрежную акваторию моря
- 7,22% и др.
5. Второе место по доле вклада занимают токсичные металлы -
20,39%, в том числе 12,61% (или ?62% приведенной массы металлов) -
железо, затем ванадий - 3,45 (?17)%, медь - 1,8 (?8,8)%, марганец - 0,75
(3,68)%, свинец - 0,38 (1,86)%, цинк - 0,32 (1,6)%; хром - 0,54 (2,66)%;
остальные металлы дают менее чем по 0,3% вклада. Наиболее
загрязнены донные отложения прибрежных вод, особенно вблизи устьев
рек. Установлено, что часть тяжелых металлов привнесена в
поверхностные слои донных отложений атмосферными осадками.
Источником загрязнения тяжелыми металлами поверхностных слоев
донных отложений можно считать горные породы, слагающие площадь
водосборных бассейнов впадающих в море рек.
6. Третье место по доле вклада занимает бенз/а/пирен - 3,92%;
четвертое фенолы - 2,23%; остальные вещества дают менее чем по 1%
вклада.
Количественный анализ вклада различных процессов, явлений,
источников и веществ в загрязнение прибрежной акватории моря
исследуемого района показал также, что, в отличие от общепринятого
мнения, весьма невелика доля вклада нефтепродуктов (0,84%), в том
числе 82% - поступления со стоком рек и временных водотоков. Еще
меньше доля вклада ртути (0,02%), считающейся одним из наиболее
опасных загрязнителей среды обитания людей.
7. В целом больше всего загрязнителей поступает в море со стоком рек и
временных водотоков: 62% взвешенных веществ (или 44,16% общей
приведенной массы всех загрязнителей), 69% токсичных металлов (5,7%
общей приведенной массы всех загрязнителей), около 100% пестицидов и
фенолов, 82% нефтепродуктов, 69% бенз/а/пирена, то есть около 2/3
общей приведенной массы всех загрязнителей. Другим важным
процессом-источником загрязнения прибрежной акватории моря явля-
ется оседание аэрозолей из атмосферы непосредственно в море - 10%
взвешенных веществ, 31% токсичных металлов, значительная часть
окислов азота, серы, альдегидов и др. компонентов дымовых и
выхлопных газов.
В заключение следует отметить такие обстоятельства.
Разработанная и изложенная выше методика позволяет выполнять
сравнительную количественную санитарно-гигиеническую оценку лишь
общей (валовой) величины и доли вклада природных и антропогенных
процессов и явлений в загрязнение акватории моря, но не дает ответа на
вопросы о степени загрязнения в конкретных местах прибрежной зоны
моря, конкретными загрязнителями, по конкретным комплексным
показателям (см. подразделы 1.3-1.5). То есть, предлагаемая методика
позволяет по сути, говоря иносказательно, оценить <среднюю по району
температуру тела всего населения>, в то время, как для выявления
больных, правильной диагностики болезней и излечения больных нужно
знать <температуру> конкретных <больных>. А для этого, как
общеизвестно, существуют специальные службы санитарно-
гигиенического и экологического мониторинга и контроля
непосредственно по отношению к конкретным объектам окружающей
среды (см. подразделы 1.1 и 1.5). Тем не менее, по нашему мнению,
предлагаемая методика также может быть полезной, поскольку она позво-
ляет дать количественную оценку доли вклада природных и
антропогенных процессов и явлений в загрязнение моря и, таким
образом, выявить основные и второстепенные источники и причины
загрязнения моря, что, в свою очередь, позволяет выявить приоритеты и
наметить оптимальные направления и сроки деятельности по
предотвращению чрезмерного загрязнения моря как в целом по району,
так и в конкретных местах (с учетом процессов седиментации
загрязняющих веществ в глубинную зону моря, а также
гидродинамических, химических, физико-химических, биохимических и
др. процессов в водной толще моря: смешивание, разбавление, рассеи-
вание, потребление и образование биотой, трансформация загрязняющих
веществ, как растворенных, так и взвешенных тонкодисперсных частиц,
и др.).
По большинству <токсичных> металлов привнос в море их свежих
порций почти не оказывает заметного влияния на их концентрацию в
морской воде. Зато хозяйственно-бытовые стоки, дающие мало
значимый вклад при их оценке по ПДК (по азоту аммонийному - <0,01%
и по БПК5 - ?0,1%), могут стать главными источниками опасного
загрязнения при их оценке по органолептическим критериям, по
загрязнению моря гельминтами, патогенными микроорганизмами и
биогенными компонентами. Кстати, как и всё в нашем мире, загрязнение
водоемов биогенными веществами может давать не только
отрицательный эффект (в частности, <цветение> воды), но и
положительный, способствуя возрастанию кормовых ресурсов для рыбы.
Например, по нашим наблюдениям, в некоторых водохранилищах
(бассейна Азовского моря) резкое сокращение поступления биогенов
вызвало резкое сокращение рыбопродукции, хотя вода в них, безусловно,
стала заметно чище и прозрачнее.
Приведенную выше оценку доли вклада отдельных загрязнителей
можно считать относительной и сравнительной, поскольку
относительными (и даже несколько условными) можно считать сами
значения установленных нормативов ПДК (см. подразделы 1.2 и 1.3).
Например, в РФ предельно допустимая концентрация в воде водоемов,
используемых для рыбохозяйственных целей (ПДКРХ), по ряду веществ
жестче (например, для железа - на порядок), чем для хозяйственно-
питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКХП) [24-25].
Стандарты США содержания приоритетных неорганических
загрязняющих веществ в питьевой воде [26] в целом по ряду веществ
менее жестки, чем в РФ предельно допустимая концентрация в воде
водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей (ПДКРХ), а
стандарты ВОЗ, ЕС, Канады соответствуют ПДКХП РФ, а, например, по
свинцу уступают им в 5 раз.
Учитывая чрезвычайно большое количество природных и
антропогенных факторов, процессов и явлений как источников и
причин загрязнения прибрежной акватории моря (что обусловило
чрезвычайно большой объем найденной, проанализированной и
обобщенной информации), а также то, что в ходе аналитического обзора
не обнаружены публикации по проблеме комплексного анализа и
сравнительной оценки факторов, источников и причин загрязнения
прибрежной акватории моря (то есть, эту работу в некоторой степени
можно считать пионерской), данную рукопись можно считать
постановочной для последующих, более детальных и глубоких иссле-
дований, с целью уточнения, детализации, расширения,
совершенствования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А. и др. Гидрохимические
показатели состояния окружающей среды. Справ. матер. -М.: Эколайн,
1999.
2. Грамм-Осипова В.Н., Арефьева О.Д. Практикум по мониторингу
водных объектов. -Владивосток, 1998.
3. Габович Р.Д., Познанский С.С., Шахбазян Г.Х. Гигиена. -Киев:
Вища школа, 1984. -257с.
4. Геоэкология шельфа и берегов морей России (под ред.
Н.А.Айбулатова). -М.: Ноосфера, 2001. -428с.
5. Кузнецов К.Л. Русловые процессы горных рек Заилийского Ала-Тау
и зоны БАМ. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук, -М.: МГУ, 1987. -
181с.
6. Флейшман С.М. Сели. -Л.: Гидрометеоиздат, 1970. -352с.
7. Крыленко И.В., Крыленко В.В., Дзагания Е.В. О роли физико-
географических факторов в образовании и стоке твердых наносов
горными реками / Деп. рук.-Донецк: ООО <Экотехнология>, 2005. -74с. -
Деп. в ГНТБ Украины 3.10.2005; № 59-Ук 2005.
8. Танасиенко А.А., Путилин А.Ф., Артамонова В.С. Экологические
аспекты эрозионных процессов: Аналит. обзор. Сер. Экология. Вып. 55).
Науч. ред. И.М. Гаджиев. -Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, Ин-т
почвоведения и агрохимии СО РАН, 1999. -89с.
9. Есин Н.В., Савин М.Т., Жиляев А.П. Абразионный процесс на
морском берегу. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980. -283с.
10. Глумов И.Ф., Кочетков М.В. Техногенное загрязнение и процессы
естественного самоочищения прикавказской зоны Черного моря. -М.:
Недра, 1996. -502с.
11. Техногенное загрязнение окружающей среды. М.: ЭКОС, 2001. 321с.
12. Программа Новороссийского транспортного производственного
перегрузочного комплекса. Том 2. Экологическое обоснование. -
Новороссийск: ЗАО "АК НТППК", 1998. -59с.
13. Инструкция "Установление допустимых выбросов вредных
веществ в атмосферу предприятиями Минавтотранса ". РД 238-84001-
106-89.-Киев: Минавтотранс, 1989.- 139с.
14. Методика определения валовых и удельных выбросов
загрязняющих веществ от котлов ТЭС. РД 34.02.305-90. -М.: Минэнерго,
1991.-21с.
15. Викиди забруднювальних речовин у атмосферу в_д енергетичних
установок. Методика обчислювання. ГКД 34.02.305-2002. Чинний в_д
01.07.2002. -Київ: КВЩ, 2002. -43с.
16. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих
веществ различными производствами. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.- 183с.
17. Морской энциклопедический словарь. -М.: Совет. энциклопедия, 1991.
Том 1.
18. Руководство по охране атмосферного воздуха. -М.: Медицина, 1976.
-478с.
19. Nelson P.N. и др. Nitrogen phosphor and organic carbon in stream
draining two grazedo catchments //J. Environ. Qual. -1996. -25, №6. -с.221-
229.
20. Leermacers М. и др. Determinantion of atmospheric mercury during
the North Sea experiment //Water, A[r and Soil Pollut. -1997. -97, №3. -с.257-
263.
21. Шимкус К.М., Москаленко В.Н., Евсюков Ю.Д., Лобковский Л.И.,
Мерклин Л.Р., Торгунаков А.В. О роли неотектоники, оползневых и
эрозионно-аккумулятивных процессов в формировании Прикавказской
материковой окраины //Компл. иссл. сев.-вост. части Черного моря. -М.:
Наука, 2002. -с.402-408.
22. Методические указания по определению вредных веществ в сварочном
аэрозоле (твердая фаза и газы). Утв. Минздравом СССР 22.12.1988, №4945-
88МП. -М.: PAPOR, 1992.
23. Удельные показатели образования вредных веществ, выделяющихся в
атмосферу от основных видов технологического оборудования предприятий
машиностроения и военно-промышленного комплекса. Харьков: Мин. маш.-
строя, ВПК и конверсии Укр., 1997. -543с.
24. Предельно допустимая концентрация в воде водоемов, используемых для
рыбохозяйственных целей (по СанПиН 2.1.4.559-96). -М.: Стройиздат,
электронная версия, 1997.
25. Гигиенические нормативы содержания некоторых вредных
веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате
хозяйственной деятельности человека (по СанПиН 2.1.4.559-96). -М.:
Стройиздат, электронная версия, 1997.
26. Стандарты содержания приоритетных неорганических загрязняющих
веществ в питьевой воде. -М.: Методический центр <Эколайн> , электронная
версия, 1998.
Примечание: Оригиналы материалов данной статьи и приложений к ней
(в формате DOC) можно получить:
1) В ГОСУДАРСТВЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКЕ
УКРАИНЫ (03680, МСП м.Київ-150, вул.Антоновича (Горького), 180,
ДНТБУкр, Вiддiл депонування наукових робiт);
2) У меня (VIKrylenko):
Крыленко Владимир Иванович
vikrylenko@gmail.com
Телефон по УКРАИНе 0 62 2959895
VIKrylenko 16 октября 2010
StMetodOzenIstZagrMora.txt