3.4. Критерии оценки загрязнения акваэкосистем. Деградация акваэкосистем

Потребность человека в пресной воде на 80 % удовлетворяется за счет речного стока. Единовременный ёе объем в руслах рек оценивается 210³ км³. Прогнозы показывают, что в ХХI в. ресурсы рек не смогут удовлетворять спрос на воду и потребность в ней необходимо пополнять за счет опреснения вод Мирового океана, а также за счет использования подземных вод и вод ледников. Подземные воды составляют около 20 % всего объема пресной воды гидросферы. По своим свойствам подземные воды могут быть пресными и минерализованными и подразделяются на верховодку и глубинные. Верховодка располагается в пределах 2-3 м толщины грунта и, как правило, очищена слабо. Глубинные воды более чистые, но труднодоступные. В мировой практике широко используются поверхностные воды, накапливаемые в водохранилищах. Общий объем таких вод составляет более 510³ км³. Следует напомнить, что самым крупным потребителем воды является сельское хозяйство. Например, для получения 1 т пшеницы требуется 1000–1500 м³ воды, 1 т риса – более 7000, 1 т хлопка – около 10000 м³. На втором месте стоит промышленность. Так, на производство 1 т продукции расходуется воды: 15–20 м³ – для стали и чугуна; 25–80 м³ – для серной кислоты; 80–180 м³ – азотной кислоты; 400 м³ – для шерсти, 500 м³ – для синтетического волокна; 500–1000 м³ для пластмасс; 2000–3000 м³ – для синтетического каучука.

В масштабах планеты различные отрасли промышленности (без энергетики) потребляют ежегодно 215 км³ воды, энергетика – 240 км³. По подсчетам специалистов, безвозвратное водопотребление составляет 150 км³, то есть 1 % устойчивого стока пресных вод.

Развитие общества ведет к увеличению водопотребления. Так, по оценкам экспертов, потребление воды в ХХI в. ежегодно будет возрастать на 3 %. Многие страны ощущают водное голодание, несмотря на то, что всего 1 % водопотребления расходуется на бытовые нужды. Трудности с обеспечением воды испытывает около 2 млрд человек. По данным ООН, в развивающихся странах 15 млн детей в возрасте до 5 лет умирают ежегодно от болезней, связанных, прежде всего, с употреблением загрязненной воды. Наряду с общим ростом потребности в пресной воде происходит интенсивное ее загрязнение, в результате чего сокращается количество разведанных и освоенных источников чистой воды.

Поверхностные воды. Сформировавшиеся зоны экологических нарушений природного и антропогенного происхождения выявляют по различным показателям (химическим, биологическим и др.). Оценка качества водных экосистем хорошо разработана и базируется на нормативных и директивных документах, использующих прямые гидрогеохимические оценки. Основанием для заключения о санитарно-экологическом неблагополучии может служить стабильное сохранение негативных значений ведущих показателей в течение достаточно длительного периода (не менее 1 года). Отклонения от норм, как правило, наблюдают по нескольким критериям. Исключение составляют случаи загрязнения водоисточников для питьевой воды патогенными микроорганизмами и возбудителями паразитийных заболеваний, а также особо токсичными (чрезвычайно опасными) веществами, когда вывод о неблагополучии может быть сделан по одному критерию.

Показатели, характеризующие загрязнение водоемов и питьевой воды веществами, отнесенными к 3–4 классам опасности, а также физико-химические свойства и органолептические характеристики воды относят к дополнительным. Их используют для подтверждения степени интенсивности антропогенного загрязнения водоисточников, установленного по приоритетным показателям.

Применение различных критериев оценки вод должно основываться на преимуществе требований того водопользователя, чьи критерии жестче. Например, если водный объект одновременно служит для питьевых и рыбохозяйственных целей, то к оценке качества вод могут предъявлять более строгие требования (экологические и рыбохозяйственные).

Для совокупной оценки опасных степеней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия предлагается использовать показатель ПХЗ-10. Этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение химическими веществами наблюдается сразу по нескольким веществам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Его рассчитывают только при выявлении зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Расчет ведут по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК, по формуле

где С₁ , С₂ , … – концентрация химических веществ в воде;

ПДК – рыбохозяйственные.

При расчете ПХЗ-10 для химических веществ, по которым определено удовлетворительное значение загрязнения вод, отношение С/ПДК условно принимают равным 1. Для установления ПХЗ-10 рекомендуют проводить анализ воды по максимально возможному числу показателей. В дополнительные показатели включены общепринятые физико-химические и биологические характеристики, дающие общее представление о составе и качестве вод. Эти показатели и используют для дополнительной характеристики процессов, происходящих в водных объектах.

Кроме того, в дополнительные характеристики относят способность загрязняющих веществ накапливаться в донных отложениях и гидробионтах. Коэффициент донной аккумуляции КДА вычисляют по следующей формуле:

,

где С_до и С_в – концентрации загрязняющих веществ соответственно в донных отложениях и в воде.

Коэффициент накопления в гидробионтах:

где С_г – концентрация загрязняющих веществ в гидробионтах.

Критические концентрации химических веществ (КК) определяют по методике Госгидромета (1983 г.). Усредненные значения К некоторых загрязняющих веществ составляют, мг/л: медь – 0,003; кадмий – 0,02 – 0,008; цинк – 0,05 – 0,1; хлорированные углеводороды, ПХБ – 0,005, бенз(а)пирен – 0,005. При оценке состояния водных экосистем достаточно надежными показателями являются характеристики состояния и развития всех экологических групп водного сообщества.

При выделении рассматриваемых зон используют показатели по бактериально-, фито- и зоопланктону, а также по ихтиофауне. Кроме того, для определения степени токсичности вод применяют интегральный показатель – биотестирование (на ракообразных – дафниях).

При этом соответствующая токсичность водной массы должна наблюдаться во всех основных фазах гидрологического цикла.

Основные показатели по фито- и зоопланктону, а также по зообентосу приняты на основании данных региональных служб гидробиологического контроля, характеризующих степень экологической деградации пресноводных экосистем. Параметры показателей, предлагаемых для выделения на данной территории зон, должны формироваться на материалах достаточно продолжительных наблюдений (не мене 3 лет). Следует иметь в виду, что индикаторные значения видов могут быть неодинаковы в разных климатических зонах.

При оценке состояния водных экосистем очень важны показатели по ихтиофауне, особенно для уникальных, особо охраняемых водных объектов и водоемов первой и высшей рыбохозяйственной категории. В качестве обобщенной оценки состояния сообществ планктонных и донных животных небезинтересно отношение продукции сообщества к суммарным затратам на обмен всеми животными, входящими в состав сообщества. Получаемый оценочный показатель представляет собой соотношение между полезной энергией на выходе из системы (сообщества животных) и энергией, рассеиваемой животными в процессе обмена в виде теплоты.

Индикационные критерии оценки. В последние годы при оценках качества поверхностных вод достаточно широкое распространение получила биоиндикация. Она по функциональному состоянию (поведению) тест-объектов (ракообразные – дафнии, водоросли – хлорелла, рыба-гуппи) позволяет ранжировать воды по классам состояний (Н.Р.К.Б) (табл. 3.9).

Таблица 3.9. Оценка состояния поверхностных сточных вод на основе биотестов (по состоянию тест-объектов) (процент гибели)

В Германии использование золотого язя (рыбы) в качестве индикатора при оценке загрязненности вод предписано законом.

В итоге получаем интегральную оценку качества воды и целесообразности использования её для тех или иных целей. Ограничивающими условиями применения метода биотестирования являются продолжительный срок проведения анализа (не менее 96 ч) и отсутствие информации о химическом составе воды.