Оценка качества воды и состояния водных объектов на основе взаимозависимости гидрологических, гидрохимических и гидробиологических факторов

Применение традиционных методов оценки качества воды и состояния водных объектов с помощью определения химичес- ких, биологических и физических показателей, не способно в полной мере дать ответы на все поставленные вопросы. С учетом этого разработан метод, основанный на взаимосвязи и взаимозависимости биотических показателей водной экосистемы и характеристик среды обитания водной биоты. Данный метод дает возможность прогнозировать качество воды и экологическое состояние рек посредством доступной информации об объемах стока и его загрязненности.

В области оздоровления окружающей среды ООН поставила следующую цель: производить оценку последствий различных видов водопользования для окружающей среды… /1/. Антропогенная деятельность приводит к изменению качества воды и экологического состояния водных объектов, следовательно, возрастает необходимость в оценке данных последствий.

Методы оценки качества воды и экологического состояния водных экосистем, используемые в практике водного хозяйства, основаны на определении химических, биологических и физических показателей. Химические и физические показатели позволяют непосредственно судить о состоянии водной среды, в то время как биологические характеризуют состояние биоты. Применение биологических методов приводит к существенному усложнению работ по оценке состояния водных объектов. Несмотря на общие закономерности, которые отражают биологические показатели, возникает необходимость конкретизировать состояние водной среды. Их существенным недостатком является также сложность использования в планировании и прогнозе состояния среды, что представляет особый интерес при водохозяйственном проектировании, особенно на стадии разработки схем комплексного использования и охраны водных объектов. Физико-химические методы на количественном уровне позволяют характеризовать среду обитания водных организмов, но возникают трудности в оценке общего экологического состояния водного объекта.

Совместное применение физико-химических и биологических методов позволяет выйти на количественный анализ состояния экосистемы в целом. Однако в ряде случаев это невозможно, например, при планировании мероприятий по использованию и охране водных ресурсов на крупномасштабных объектах, где рассматривается стратегия использования водных объектов на перспективный период в масштабах: участка реки, речного бассейна или региона страны. В силу масштабности и многофакторности эта задача достаточно сложная. Требуется большое количество исходных данных, особенно таких, которые характеризуют качество воды (концентрации загрязняющих веществ, гидробиологические показатели), при этом информация необходима для разных створов водного объекта в разные по водности годы. Положение усугубляется необходимостью прогноза влияния антропогенной деятельности на водные экосистемы, особенно трансграничных водных объектов.

В этих условиях для оценки качества воды и экологического состояния водных объектов определенный интерес представляет:
- сокращение количества параметров, необходимых для анализа и прогноза;
- возможность использования хорошо известных и применяемых в инженерной практике гидрохимических показателей;
- упрощение расчетов, без потери их значимости и точности получаемых результатов.

Решаемые задачи:
1. Оценка экологического состояния экосистемы.
2. Прогноз изменения состояния экосистемы при планируемой на перспективу водохозяйственной деятельности и определение допустимых воздействий.
3. Оценка и прогноз изменения качества воды с учетом планируемой на перспективу водохозяйственной деятельности.
4. Определение эффективности водоохранных мероприятий, позволяющих добиться заданного уровня качества вод.

Для решения вопросов в поставленной форме используемые в настоящее время методы оценки качества воды и состояния водных объектов малопригодны. В данной работе предлагается метод связи характеристик /2/, основанный на взаимосвязи и взаимозависимости биотических показателей водной экосистемы и характеристик среды обитания водной биоты.

Суть метода заключается в следующем. Факторы водной экосистемы (абиотические и биотические) учитываются с помощью показателей, которые отражают состояние среды и характеризуют состояние биоты.

Очевидно, что все факторы водной среды связаны между собой, так как и те, и другие характеризуют конкретную водную экосистему. Поэтому оценка состояния водного объекта по разным показателям должна давать одни и те же результаты. Такое положение обосновано законами экологии /3/, например: «Все связано со всем», «Закон экологической корреляции», «Закон оптимальности».

Связи между параметрами состояния экосистемы или отдельными ее компонентами существуют, но не всегда их можно достоверно выявить из-за влияния многих других факторов. Поэтому выявляются те, для которых связи достаточно постоянны в пространственно временном отношении и достоверны. Такие связи выявлены между гидрохимическими и гидробиологическими показателями (таблица 1) /4, 5/.

Однако существует их связь и с гидрологическими характеристиками /6/, например, объемом стока реки, который представляет собой объем жизненного пространства водной биоты. На выявлении данных связей и основан предлагаемый метод.

Предлагаемый метод учитывает два важных момента:
1. Зависимость биологических и гидрохимических показателей от гидрологических характеристик водного объекта.
2. Водохозяйственная деятельность человека непосредственно влияет на изменение гидрологического и гидрохимического состояния водного объекта.

Метод связи характеристик на основе простых соотношений учитывает эти обстоятельства, что дает возможность использовать гидрологическую информацию (например, об объеме речного стока) и гидрохимическую - для оценки экологического состояния водного объекта. Непосредственное использование гидрологических параметров позволяет оценивать разные варианты планируемой для реализации водохозяйственной деятельности и выбирать наиболее приемлемые.

Предлагаемый метод легко реализуется для использования в виде программного продукта, который организуется в блочной структуре (рис. 1).

Это позволяет использовать продукт для конкретных целей, например, мониторинга водного объекта или в составе водохозяйственных расчетов при планировании деятельности на перспективный период.

В блоке исходных данных указываются параметры, требуемые для решения конкретной задачи:
- гидрохимические (концентрации загрязняющих веществ в речной воде или в сточных водах);
- гидрологические (объемы стока реки);
- водохозяйственные (объемы водопотребления и водоотведения).

Блок оценки состояния позволяет в полуавтоматизированном режиме характеризовать современное состояние рассматриваемого водного объекта, выявлять основные источники воздействий и прогнозировать изменение состояния системы при разных вариантах деятельности.

На выходе исследователь получает графическое представление изменения параметров среды (для более наглядного визуального представления) и табличную форму выходных данных. На основании полученных результатов готовится общее заключение.

Ниже приводятся варианты интерфейсов предлагаемого для инновационного воплощения метода на основе использования электронных таблиц Microsoft Excel программы.

Предлагаемый метод связи характеристик имеет следующие достоинства:
1. Легко реализуется простыми программными продуктами, например, Microsoft Excel.
2. Возможность прогноза качесва воды и экологического состояния рек с помощью легко доступной информации об объемах стока и его загрязненности.
3. Применим для крупномасштабных объектов.
4. Позволяет учитывать изменение водохозяйственной обстановки при планировании использования водных ресурсов.
5. Возможно использование разных показателей качества воды и экологического состояния водных объектов.

 Литература:
1. Доклад Конференции Организации Объединенных Наций по водным ресурсам, Мардель-Плата, 14-25 марта 1977 года (издание Организации Объединенных Наций, в продаже под № R.77.II.A.12), часть первая, глава I, раздел С, пункт 35.
2. Шабанов В.В., Маркин В.Н. «Эколого-водохозяйственная оценка водных объектов» - М: МГУП - 2009. - С.154.
3. Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. - М.: «Россия молодая» - 1994. - С. 366.
4. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - С. 463.
5. Дмитриев В.В. Оценка экологического состояния водных объектов суши. ч. 2. Уязвимость водной экосистемы. СПб, Изд-во СПбГПУ, 2003.
6. Алимов А.Ф. Территориальность у водных животных и их размеры.// Известия АН. Сер. Биологическая. 2003, №1. С. 93-100.

Журнал «Вода Magazine», №4 (56), 2012 г.