Навігація
Посилання


Основи екології та охорони довкілля

3.2. Водокористування та водоспоживання. Основи нормування та оцінки якості природних вод


Протягом тривалого періоду людина використовувала водні ресурси і не відчувала нестачу води. Проте, у зв’язку із швидким зростанням населення Землі та його виробничої діяльності, потреби людини у воді значно зросли. Сьогодні в багатьох місцях земної кулі відчувається нестача прісної води для життєвих потреб, потреб промисловості та сільського господарства. Це зумовлено, як нами зазначалось раніше, як кількісним, так і якісним виснаженням водних ресурсів. Із року в рік, кількість води, що використовується одним жителем планети зростає, причому основним джерелом водокористування і водоспоживання є річки. Динаміка світового водоспоживання у XX столітті (див. табл. 2.8.) свідчить про значне зростання обсягів споживання води, причому змінюється тенденція водоспоживання в бік промислового виробництва.

Головним водоспоживачем залишається сільське господарство в якому спостерігаються найбільші незворотні втрати води - до 80%. Зростання зрошувальних площ і кількості поливної води зумовлено як обмеженням площ традиційних орних земель в умовах демографічного вибуху, досконалістю зрошувальних систем, так і особливістю сільськогосподарських культур. На утворення 1 кг рослинної маси різними рослинами використовується від 150-200 до 800-1000 дм3 прісної води. На зрошення 1 га засіяного поля витрачається до 12000-14000 м^ води, в залежності від виду сільськогосподарської культури. На полив 1 га поля засадженого кукурудзою за сезон витрачається до 3000 м3 води, капусти - 8000 м3, рису - 12000-18000 м3.

Таблиця 2.8.

Динаміка світового водоспоживання у XX столітті

Водоспоживання

1900 р.

1940 р.

1985 р.

2000 р.

км3

%

км3

%

км3

%

км

%

Населенням

20

5

40

4,8

147

5

440

7

Промисловістю

30

8

120

15

633

21

1900

32

Сільським

господарством

350

87

660

80

2074

70

3400

57

Водосховищами

0

0

2

0,2

112

4

240

4

Всього

400

100

822

100

2966

100

5980

100

Другим потужним водоспоживачем є промисловість, причому зростає питома вага цього споживача в загальному водоспоживанні. Хоча найбільш потужними водоспоживачами в промисловості є електростанції (АЕС та ТЕС), вони сприяють, переважно, тепловому забрудненню водойм. Інші галузі промисловості також можуть бути потужними водоспоживачами. Так, на одержання 1 тонни Ніколу витрачається до 4000 mj води, 1 т синтетичного волокна - 3000-5000 м3, 1 тонни сталі - 200 м3, 1 тонни паперу - 100 м3 тощо.

Зростає споживання води населенням. Якщо в середні віки міський житель щоденно витрачав на себе до 25 дм3 води, то сьогоднішній городянин витрачає близько 150 дм3 води. У великих містах водоспоживання є значно більшим. Так, питоме водоспоживання у Нью-Йорку складає 600 дм3/добу, Парижі - 500 дм3/добу, Москві - 400 дм3/добу, Києві - 353 дм3/добу тощо. Не виключенням є і Україна. Один мешканець нашої країни в середньому споживає до 238 дм3/добу прісної води.

Зростання водоспоживання населення характерне не тільки для міського населення, але і для сільського. Пересічний селянин тільки на власні потреби споживає до 50 дм7добу прісної води, але з врахуванням активного поливання городів у весняні і літні періоди ця величина значно зростає.

Розподіл водоспоживання в різних куточках Землі визначається, передусім, особливостями ведення сільського господарства та розвитком промисловості (див. табл. 2.9.), хоча, як зазначалось раніше, основним водоспоживачем залишається сільське господарство.

Таблиця 2.9.

Водокористування у Світі, % (2000 рік)________________

Континент

Промисловість

Сільське господарство

Європа

48

39

Азія

5

88

Африка

4

72

Північна Америка

36

36

Південна Америка

14

70

Австралія

36

50

Отже, світове водоспоживання зростає із року в рік, тому одним із найважливіших аспектів сучасного водоспоживання є можливість зміни характеру водозабезпечення в результаті цілеспрямованого впливу на структуру глобального водообігу. Вже сьогодні господарська діяльність людини призвела до активізації процесу глобального кругообігу води внаслідок зростання площі випарювання та незворотних втрат води за рахунок хімічного зв’язування тощо.

При організації заходів по охороні природних вод в перше чергу слід розрізняти два основних аспекти використання води: водокористування та водоспоживання, які по-різному впливають на екологічний стан природних водойм. При водокористуванні вода із водного джерела не вилучається, тобто це використання води як середовища існування, наприклад, рибне господарство, рекреація тощо, як транспортної магістралі, наприклад, судноплавство, та як джерела енергії для гідроелектростанцій. При водокористуванні можливе лише якісне виснаження водних ресурсів, яке зумовлено забрудненням водойм.

При водоспоживанні вода із водного джерела вилучається і використовується для промислових, агрокультурних, комунально- побутових та інших потреб. При водоспоживанні можливе як якісне, так і кількісне виснаження водних ресурсів та незворотні втрати води. Цьому аспекту використання води приділяється значно більше уваги, в порівнянні з водокористуванням, хоча це не завжди виправдано.

За ДСТУ 3041-94, водокористування - це використання водних об’єктів і систем водопостачання для задоволення потреб населення і народного господарства, а водоспоживання - це споживання води з водного об ´єкту чи системи водопостачання.

Об’єктами водокористування та водоспоживання є, переважно, поверхневі та підземні прісні води, територіальні морські води. Особливу увагу при організації природоохоронних заходів приділяють проблемам захисту прісних вод. Охорона води - це система заходів, спрямованих на запобігання, обмеження і ліквідацію наслідків забруднення, засмічення і виснаження води.

У відповідності із “Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами”, прісні води суходолу поділяють, в залежності від характеру їх використання, на чотири категорії:

/ категорія - водойми господарсько-питного водопостачання населення та підприємств харчової промисловості;

II категорія - водойми культурно-побутового призначення, що використовуються для рекреації, заняття спортом тощо;

III категорія - водойми рибогосподарського призначення для збереження та нересту особливо цінних порід риб, які чутливі до кількості розчинного у воді кисню та кількості завислих речовин;

IV категорія - водойми рибогосподарського призначення для збереження інших порід риб та їх нересту.

V відповідності з категорією водойм, в місцях водокористування або водозабору при водоспоживанні, встановлені відповідні нормативи якості води, які об’єднані в дві групи: гігієнічні та санітарні (див. табл. 2.10). Нормами якості води називають установлені значення показників якості води, дотримання яких забезпечує потреби конкретних видів водокористування.

Для гігієнічної оцінки якості води використовують такі показники:

- кількість завислих речовин;

- температура;

- водневий показник;

- мінеральний склад води;

- концентрація розчиненого у воді кисню;

- біохімічне споживання кисню повне (БСК„);

- хімічне споживання кисню (ХСК);

- наявність збуджувачів хвороб тощо.

Для санітарної оцінки якості води використовують такі показники:

- граничнодопустимі концентрації забруднювальних воду речовин, з врахуванням лімітуючих ознак шкідливості;

- класи небезпеки хімічних речовин.

Норми показників якості води для кожної категорії враховують особливості використання або споживання вод, а для водойм рибогосподарського призначення враховується явище біокумуляції та чутливість деяких гідробіонтів (див. табл. 2.10). Найвищі вимоги до якості води ставляться у водоймах III та І категорії.

Таблиця 2.10.

Деякі гігієнічні та санітарні вимоги до складу та властивостей

води

Показники складу та властивостей води

/

категорія

II

категорія

III

категорія

IV

категорія

Кількість завислих речовин

<0,25

мг/дм3

<0,75

мг/дм3

<0,25

мг/дм3

<0,75

мг/дм3

Кількість плаваючих домішок

На поверхні водойми не повинно бути плаваючих плівок, плям масел та нафтопродуктів, відсутні інші домішки

Кількість розчиненого кисню

>4,0

мг/дм3

>4,0

мг/дм3

>6,0

мг/дм3

>4,0

мг/дм3

БСК„

<3,0

мг02/дм3

<6,0

мг02/дм3

<3,0

мг02/дм3

<3,0

мг02/дм3

ХСК

< 15 мг02/дм3

<30

мг02/дм3

< 15 мг02/дм3

<30

мг02/дм3

Вміст токсичних речовин

Лімітується ГДКВ (гігієнічними)

Лімітується ГДКВР (рибогосподарськими)

Водневий показник (рН)

б,5-8,0

6,5-8,5

6,5-8,0

6,5-8,0

Збудники захворювань

Вода не повинна містити збудників захворювань

Для вод господарсько-питного і культурно-побутового призначення для нормування їх якості встановлюються ГДКВ шкідливих речовин з врахуванням трьох лімітуючих ознак (показників) шкідливості: органолептичного, санітарного або загальносанітарного та санітарно-токсикологічного.

Для вод рибогосподарського призначення - ГДКВр з врахуванням п’яти лімітуючих ознак (показників) шкідливості: органолептичного, санітарного або загальносанітарного, санітарно- токсикологічного, токсикологічного та рибогосподарського.

Лімітуюча ознака шкідливості (за ДСТУ 3041-95)- це одна з ознак шкідливості речовин, що забруднюють воду, яка визначає їхній переважний негативний вплив і характеризується найменшим значенням ефективної-неефективної концентрації.

Кожна лімітуюча ознака шкідливості характеризує ту чи іншу властивість забруднювальних речовин, яка показує прояв їх шкідливої дії, а саме:

- органолептичний показник шкідливості характеризує здатність речовин змінювати органолептичні властивості води, зокрема смак, запах, колір тощо;

- загальносанітарний показник шкідливості характеризує вплив речовин на процеси природного самоочищення вод за рахунок біохімічних реакцій за участю природної мікрофлори або хімічних перетворень;

- санітарно-токсикологічний показник характеризує шкідливу дію речовин на організм людини;

токсикологічний показник шкідливості характеризує токсичність речовин для гідробіонтів, зокрема планктон тощо;

- рибогосподарський показник шкідливості характеризує вплив речовин на погіршення якості промислових риб.

Найменша із нешкідливих концентрацій за трьома або п’ятьма ознаками шкідливості приймається за ГДК із зазначенням лімітуючого показника шкідливості. Наприклад, деякі величини ГДК забруднювальних воду речовин зазначені у табл. 2.11.

Аналізуючи дані табл. 2.11. видно, що граничнодопустима концентрація більшості забруднювальних речовин у водоймах І-ІІ категорії вища. Це, очевидно, пояснюється різною кількістю лімітуючих показників шкідливості речовин при встановлені величини

ГДК і тим, що чутливими до дії забруднювальних речовин є ряд гідробіонтів.

Таблиця 2.11.

Граничнодопустимі концентрації деяких шкідливих речовин у _______________________ водоймах________________________

Забруднювальна речовина

ГДК, мг/дм3, (лімітуючий показник шкідливості)

Для водойм І-ІІ категорії (ГДКВ)

Для водойм Ш-1У категорії (ГДКВР)

Амоніак (КН3), (в перерахунку на Нітроген)

2,0 (сан.-токс.)

0,05 (токс.)

Купрум (Си2+)

1,0 (орган.)

0,01 (токс.)

Нітрати (по N03´)

45,0 (сан.-токс.)

Нітрити (по N02’)

3,3 (сан.-токс.)

Меркурій (Нй2+)

0,0005 (сан.-токс.)

0,0001 (токс.)

Плюмбум (РЬ2+)

0,03 (сан.-токс.)

0,01 (токс.)

Сульфати (8042´)

500,0 (орган.)

Нафта і нафтопродукти в емульсованому стані

0,5 (орган.)

0,05 (токс.)


Примітка: сан.-токс. - санітарно-токсикологічний лімітуючий показник шкідливості, токс. - токсикологічний лімітуючий показник шкідливості, орган. - органолептичний лімітуючий показник шкідливості, саніт. - загальносанітарний лімітуючий показник шкідливості.


Згідно СанПиН 2.1.4.559-96, питна вода повинна бути безпечною в епідемічному і радіаційному відношенні, нешкідлива за хімічним складом і повинна мати сприятливі органолептичні властивості. До вод рибогосподарського призначення ставляться, крім цього, і інші вимоги.

Слід зазначити, що ГДКВр повинні відповідати ряду вимог, за яких не повинно спостерігатись загибель риб та кормових організмів для риб, поступове зникнення видів риб або кормових організмів, погіршення товарних якостей риби та заміна цінних видів риб на малоцінні. Тому, рибогосподарські водні об’єкти іноді поділяють не на дві категорії (III та IV за попередньою класифікацією), а на три:

- водойми вищої категорії, до яких відносять місця розташування нерестилищ, масового нагулу та зимувальні ями особливо цінних видів риб та інших промислових водних організмів, а також охороняємі зони господарств будь-якого типу для розведення і вирощування риб, інших водних тварин і рослин;

- водойми першої категорії, до яких належать об’єкти, які використовують для збереження і відтворення цінних порід риб, що володіють високою чутливістю до кількості розчиненого у воді кисню;

- водойми другої категорії, до яких належать водні об’єкти, які використовуються для інших рибогосподарських цілей.

Оцінка якості природних вод є справою складною і клопіткою. Існує ряд підходів і методик цієї процедури і, в більшості випадків, оцінку якості природних вод проводять за інтегральними показниками якості (іноді за індивідуальними), хоча ці показники в силу своєї відносності практично непридатні для їх використання як критерію “краще” або “гірше”.

Під якістю води, в цілому, розуміють характеристику її складу і властивостей, які визначають її придатність для конкретних видів водокористування (ГОСТ 17.1.1.01-77), при цьому критерії якості являють собою показники, за якими проводиться оцінка якості цих вод. Важливим є, також, врахування факторів, що визначають хімічний склад природних вод.

Формування хімічного складу природних вод проходить під впливом ряду факторів, які доцільно поділити на дві групи:

- фактори прямого впливу, які безпосередньо впливають на склад води (збагачення або видалення із води хімічних інгредієнтів): склад гірських порід, живі організми, господарська діяльність людини;

- фактори опосередкованої дії тобто ті, які визначають умови протікання взаємодії речовин з водою: клімат, рельєф, гідрологічний режим, рослинний світ, тощо.

За характером дії фактори формування хімічного складу природних вод можна поділити на такі групи:

фізико-географічні (рельєф, клімат, грунтовий шар, вивітрювання);

- геологічні (склад гірських порід, тектонічна будова, гідрогеологічні умови);

- фізико-хімічні (хімічні властивості елементів, кислотно-основні умови, умови окислення та відновлення, катіонний та аніонний обмін тощо);

- біологічні (діяльність рослин та інших живих організмів);

- антропогенні (всі фактори, які пов’язані з діяльністю людини).

Врахування факторів формування хімічного складу природних вод є необхідною умовою правильної оцінки якості природних вод. Крім того, це дозволяє раціонально використовувати природні води та реалізовувати заходи по охороні та контролю природних водойм.

Як зазначалось нами раніше, природні води класифікують на основі інтегральних та сумарних показників якості. До інтегральних показників, які найбільш часто використовуються для оцінки якості природних вод, належать індекс забруднення води (ІЗВ), для хімічного забруднення вод, та гідробіологічний індекс сапробності 5.

ІЗВ часто розраховують на основі шести-восьми показників, як правило гідрохімічних, але деякі критерії якості є обов’язковими: концентрація розчиненого у воді кисню, величина рН, біохімічне споживання кисню за п’ять діб БСК5. Індекс забруднення води розраховують за формулою:

ІЗВ = ±С,ІГДК,

1-1 п

Сі - концентрація нормованого компоненту, мг/дм3 (іноді значення параметру); ГДК, - встановлена величина концентрації компоненту для відповідного типу водойми, мг/дм3 (іноді значення параметру); п - число показників, що використовуються для розрахунку ІЗВ.

В залежності від величини ІЗВ, водойми або їх ділянки поділяють на відповідні класи (див. табл. 2.12.). ІЗВ порівнюються для водних об’єктів однієї біохімічної провінції та подібного типу, або для ділянок однієї водойми - за течією, в часі тощо.

Таблиця 2.12.

Рівень забрудненості води

Значення ІЗВ

Класи якості вод

Дуже чисті

до 0,2

1

Чисті

0,2-1,0

2

Помірно забруднені

1,1-2,0

3

Забруднені

2,1-4,0

4

Брудні

4,1-6,0

5

Дуже брудні

6,1-10,0

6

Надзвичайно брудні

> 10,0

7

Серед гідробіологічних інтегральних показників якості найбільш часто використовують індекс сапробності 5, який характеризує ступінь забрудненості води органічними нетоксичними речовинами, наприклад, продуктами метаболізму організмів, продуктами їх розкладу тощо, тобто ступінь розвитку євтрофування водойм. Індекс сапробності розраховують на основі індивідуальних характеристик сапробності індикаторних видів, які представлені в різних водних співтовариствах, зокрема фітопланктоні, періфітоні тощо:


П


де


п


5, - - значення сапробності гідробіонту, яке задається спеціальними таблицями; 1і1 - відносна зустрічаємість індикаторних організмів в полі зору мікроскопу; п - число обраних індикаторних видів.

Кожному індикаторному виду гідробіонтів присвоєно деяке умовне числове значення індивідуального індексу сапробності, яке відображає сукупність його фізіолого-біохімічних властивостей, зумовлюючих його здатність жити у воді з тим чи іншим вмістом органічних речовин. Для забезпечення статистичної достовірності результатів розрахунку індексу сапробності необхідно, щоб в досліджуваній пробі містилось не менше дванадцяти індикаторних видів гідробіонтів із загальним числом особин в полі зору мікроскопу не менше тридцяти.

За величиною індексу сапробності природні водойми або, частіше їх ділянки, поділяють на відповідні класи якості вод та зони (див. табл. 2.13.).

Крім зазначених показників якості природних вод, для оцінки їх якості використовуються індекс самозабруднення-самоочищення води та мікробіологічні показники. За мікробіологічними показниками можуть проводити визначення рівня забрудненості і класу якості водних об’єктів (див. табл.. 2.14.).

Під індексом самозабруднення-самоочищення (А/Я) розуміють відношення валової первинної продукції фітопланктону до величини деструкції органічної речовини в планктоні. За цим показником виявляють тенденції розвитку флори і фауни водойми і роблять попередній висновок про розвиток євтрофування.

Таблиця 2.13.

Класи якості природних вод в залежності від індексу сапробності

Рівень забрудненості вод

Зона

Значення

5

Класи якості вод

Дуже чисті

ксеносапробна

до 0,50

1

Чисті

олігосапробна

0,50-1,50

2

Помірно забруднені

а-мезосапробна

1,51-2,50

3

Дуже забруднені

(3-мезосагіробна

2,51-3,50

4

Надзвичайно забруднені

полісапробна

3,51-4,00

5

Дуже брудні

полісапробна

>4,00

6

Таблиця 2.14.

Класи якості води за мікробіологічними показниками__________

Рівень забрудненості вод та клас їх якості

Мікробіологічні показники

Загальне число бактерій, хІО6 клітин/см ,

Число сапрофітних бактерій, хІО3 клітин/см3,14$

Відношення

*3

Дуже чисті, 1

<0,5

<0,5

> 1000

Чисті, 2

0,5-1,0

0,5-5,0

> 1000

Помірно забруднені, 3

1,1-3,0

5,1-10,0

1000- 100

Забруднені, 4

3,1-5,0

10,1-50,0

< 100

Брудні, 5

5,1-10,0

50,1-100,0

< 100

Дуже брудні, 6

> 10,0

> 100,0

< 100

Крім цих інтегральних характеристик, які дають уяву про загальний перебіг процесів у водоймах або про загальні властивості води, використовують класифікації вод за сумарними показниками, які характеризують той чи інший критерій якості природних вод. До таких показників відносять загальну мінералізацію вод, електропровідність вод, водневий показник (рН), окисно-відновний потенціал води, концентрацію розчиненого у воді кисню, твердість води тощо.

Мінералізація природних вод, яка визначає їх питому електропровідність, може змінюватись в широких межах.

Мінералізацію природних вод, під якою розуміють сумарний вміст всіх знайдених при хімічному аналізі води мінеральних речовин, виражають в мг/дм3, якщо вона не перевищує 1000 мг/дм3, або в %, при величині мінералізації понад 1000 мг/дм3. Більшість річок має мінералізацію від кількох міліграмів в дм3 до кількох сотень міліграм в дм3. Мінералізація підземних вод и солених озер змінюється в межах від 40-50 мг/дм3 до 650 г/дм3. Врахування цього параметру є важливим при оцінці якості природних вод, адже ряд гідробіонтів можуть бути чутливими до зміни солоності води. Гідробіонти можуть бути “галофітами” або “галофобами”, тобто одні з них кращі умови знаходять в воді високої мінералізації, інші - малої. За величиною мінералізації, природні води класифікують за відповідними категоріями (див. табл. 2.15.)

Таблиця 2.15.

Класифікація природних вод за величиною мінералізації

Категорія природних вод

Мінералізація, г/дм

Ультрапрісні води

<0,2

Прісні води

0,2-0,5

Води з відносно підвищеною мінералізацією

0,5-1,0

Солонуваті води

1,1-3,0

Солоні води

3,1-10,0

Води підвищеної солоності та морські

10,1-35,0

Розсоли або ропи

>35,0

Багато виробництв, сільське господарство, підприємства питного водозабезпечення тощо, висувають певні вимоги до якості води, в тому числі і за величиною мінералізації. Води з підвищеним вмістом солей можуть негативно впливати на рослинні та тваринні організми, технологію виробництва, викликати корозію, призводити до засолення грунтів. Так, у відповідності з гігієнічними нормативами якості питної води, сумарна мінералізація не повинна перевищувати 1000 мг/дм3 і тільки в окремих випадках, за згодою санепідемстанцій величина мінералізації питних вод може сягати 1500 мг/дм3.

Водневий показник (рН) є важливою величиною природних вод. Як правило, вміст іонів Гідрогену, точніше гідроксонію - НзО+, в природних водах визначається, переважно, кількісним відношення концентрації карбонатної кислоти та її солей:

С02 + Н20 о Н+ + НСОз´ е2Н+ + СОз2‘.

Для зручності вираження вмісту іонів Гідрогену у водах використовують величину рН=-^[Н*7, отже від’ємний логарифм рівноважної концентрації іонів Гідрогену. Крім карбонатної кислоти і її солей, природними джерелами надходженні іонів Гідрогену у води є гумусові кислоти, які містяться в грунтах, а також процеси гідролізу солей (див. п.3.1., самоочищення вод від мінеральних компонентів).

Якщо в поверхневих водах містяться невеликі кількості діоксиду Карбону, то вони мають лужну реакцію і навпаки. Тому, на кислотність природних вод значного впливу надають процеси фотосинтезу, при яких споживається С02. Значення pH більшості річкових вод, як правило, коливається в межах 6,5-8,5, в болотах - 5,5-

6,0, в морських водах - 7,9-8,3. Слід зазначити, що величина pH для більшості річкових вод та озер має сезонні коливання: зимою - 6,8-7,4, влітку - 7,4-8,2.

Величина pH води є одним із найважливіших показників якості вод, вона впливає на хімічні та біохімічні процеси у водоймах, визначає розвиток і життєдіяльність гідробіонтів, визначає міграцію хімічних елементів у водному середовищі та форми знаходження цих елементів у воді. Крім того, величина pH води визначає її агресивність до металів і бетону. Тому, природні води за величиною pH доцільно поділити на сім груп (див. табл. 2.16.).

Зміна величини pH природних вод і, в першу чергу, в бік пониження цього показника (зростання кислотності) є вкрай небажаним і цей аспект нами був розглянутий в п. 2.2.4.

Зміна кислотності водойм в ту чи іншу сторону є небажаною, причому різка зміна величина pH на 1 і більше викликає, практично, повну загибель риб та інших водних організмів. В той же час, найбільш часто загрозливий характер мають процеси закислення вод. Вони можуть бути спричинені випаданням кислотних дощів, господарською діяльністю людини або природними факторами. Вчені виділяють три основних етапи закислення природних водойм:

- на першому етапі величина pH води змінюється незначно (іони гідрокарбонату повністю нейтралізують іони Гідрогену), і це триває до тих пір, поки загальна лужність у водоймі не впаде до величини меншої за 0,1 моль/дм3;

Таблиця 2.16.

Класифікація при

родних вод за величиною pH

Група вод

pH

Джерела формування кислотності вод

Сильнокислі води

<3,0

Гідроліз солей важких металів (шахтні та рудні води)

Кислі води

3,0-5,0

Потрапляння у воду карбонатної кислоти, фульвокислот та інших кислот, внаслідок розкладу органічних речовин

Слабокислі води

5,1-6,5

Наявність гумусових кислот в грунтах і болотних водах (води лісової зони)

Нейтральні води

6,6-7,5

Наявність у водах гідрокарбонатів кальцію та магнію (Са(НС03)2 та ]У^(НС03)2)

Слаболужні води

7,6-8,5

Наявність у водах гідрокарбонатів кальцію та магнію (Са(НС03)2 та Л^(НС03)2)

Лужні води

8,6-9,5

Наявність у водах карбонатів та гідрокарбонатів натрію (Ма2С03, №НС02)

Сильнолужні води

>9,5

Наявність у водах карбонатів та гідрокарбонатів натрію (№2С03, №НС02)

- на другому етапі закислення водойм, величина рН > 5,5 протягом всього року і про такі водойми говорять як про помірно закислені. У водоймах спостерігаються значні зміни у видовому складі живих організмів;

- на третьому етапі закислення водойм, величина рН води стабілізується на значенні рН»4,5, що пов´язано із наявністю у воді гумусових речовин та сполук Алюмінію та іноді Феруму.

Таким явищам слід запобігати!

Окисно-відновний потенціал (ЕІі) або редокс-потенціал є важливою величиною природних вод, адже визначає можливість проходження реакцій окислення та відновлення. В процесах окислення та відновлення можуть утворюватись більш або менш токсичні інгредієнти природних вод, наприклад, ЖЬ´ -» N02", Сг(УІ) -» Сг(ІІІ), а зміна ступеня окислення цих компонентів може впливати на їх міграцію у водному середовищі.

Величина редокс-потенціалу виражається в мілівольтах (мВ) і для природних вод значення ЕИ коливається від — 400 до + 700 мВ. Вона визначається сукупністю всіх процесів у воді за участю

елементів, які мають змінну валентність. За цим показником природні води поділяють на три основні види геохімічних станів:

- окислювальний - з характерним значенням ЕИ > + (100-150) мВ, у воді достатня кількість розчиненого кисню, а хімічні елементи знаходять, переважно, у вищих ступенях окислення;

- перехідний окисно-відновний - з характерним значенням ЕН + (100-0) мВ, нестійким геохімічним режимом і змінним вмістом розчиненого у воді кисню та сірководню. В цих умовах можуть протікати як реакції окислення, так і реакції відновлення;

- відновлювальний - з характерними від’ємними значеннями ЕЬ. В таких водах елементи знаходяться, переважно, в нижчих ступенях окислення, а вода часто містить сірководень.

З екологічної точки зору необхідно підтримувати окислювальний стан у природних водоймах, що зумовлює насиченість води розчиненим киснем і сприяє самоочищенню водойм. Крім того, більшість елементів у вищих ступенях окислення характеризуються меншою токсичністю, хоча є і виключення.

Концентрація розчиненого у воді кисню є важливим сумарним параметром якості води, який характеризує різноманітні процеси, які протікають у водоймах: окисления-відновлення, зміна температури тощо. На цей параметр впливають дві групи протилежно напрямлених процесів: одні збільшують концентрацію розчиненого у воді кисню, інші - зменшують її. Крім того, на розчинність у воді кисню, як і інших газів, впливають температура і тиск. Зростання температури зменшує розчинність у воді кисню, а тиску - збільшує.

До першої групи процесів, які збагачують воду киснем, відносять процес абсорбції кисню із атмосфери, виділення кисню водною флорою в процесі фотосинтезу, а також потрапляння у водойми дощової та талої води, які завжди пересичені киснем.

Абсорбція кисню із атмосфери проходить на поверхні водного об’єкту і його швидкість підвищується з пониженням температури, з підвищенням тиску як загального, так і парціального, та зниженням мінералізації води.

Фотосинтетичне виділення кисню проходить при одночасній асиміляції розчиненого у воді діоксиду Карбону водною флорою. Інтенсивність процесу фотосинтезу підвищується із зростанням температури води, інтенсивності сонячного випромінювання і наявності біогенних елементів, які необхідні для розвитку організмів. Продукування кисню проходить в поверхневих шарах водойми, глибина яких залежить від прозорості води і залежить від сезону.

До групи процесів, які зменшують концентрацію розчиненого у воді кисню, належать процеси його споживання, в тому числі і на процеси окислення органічних та неорганічних речовин: біологічне (дихання організмів), біохімічне (витрати на біохімічне окислення органічних речовин) і хімічне (окислення Ре2+, N02’, МН4+, Н28 тощо). Швидкість споживання кисню зростає із зростанням температури води, кількості бактерій та інших водних організмів, а також із зростанням кількості речовин, які можуть окислюватись. Крім того, кисень може виділятись в атмосферу при зміні абіотичних факторів.

В поверхневих водах вміст розчиненого кисню коливається в широких межах - від 0 до 14 мг/дм3 і має чітко виражений сезонний і лпбоиий ктіпидяльний хапактеп. Добові коливання вмісту розчиненого У їіиді й.іСип. іаясжіть ;;;;;; Гготч? фа^.т-п.пгг!г<т т-я

споживання і можуть сягати до 2,5 мг/дм3. В зимній і літній періоди розподіл розчиненого у воді кисню носить характер стратифікації.

Цей параметр враховується при оцінці якості природних і питних вод, адже він впливає на протікання окисно-відновних процесів, забезпечує нормальну життєдіяльність риб та інших гідробіонтів, тощо.

Відносний вміст розчиненого у воді кисню виражається у

відсотках його нормального вмісту, за аналогічних умов, і називається

ступенем насиченості киснем. Ступінь насиченості води киснем

розраховують за формулою:

|//пп а х 101308 М(%) = х 100, де

АГхР

М - ступінь насиченості киснем, %; а - концентрація розчиненого кисню, мг/дм3; Р - атмосферний тиск, Па; И- нормальна концентрація розчиненого у воді кисню при даній температурі, мінералізації і нормальному атмосферному тиску (101308 Па) - таблична величина.

Концентрація розчиненого у воді кисню може бути лімітуючим фактором для ряду гідробіонтів, тому цей показник є вкрай важливим. За показником насиченості води киснем проводиться класифікація природних вод за класами якості (див. табл. 2.17.).

Таблиця 2.17.

Вміст кисню у водоймах з різним ступенем їх забрудненості

Рівень забрудненості води і клас якості

Розчинений у воді кисень

літо, мг/дм3

зима, мг/дм3

насиченість,

%

Дуже чисті, 1

~ 9

14-13

95

Чисті, 2

~ 8

12-11

80

Помірно забруднені, 3

7-6

10-9

70

Забруднені, 4

5-4

5-4

60

Брудні, 5

3-2

5-1

30

Дуже брудні, 6

0

0

0

Отже, концентрація розчиненого у воді кисню залежить і від ступеня забрудненості води водойми.

"• » * м£ч|/^і´тл. . притлдп *£> ляаьиі|лішцт/ і а ´ ищ міуу ній і. і..

природних вод за індивідуальними показниками, як правило, це високо небезпечні сполуки, зокрема іони важких металів, пестициди, радіонукліди тощо. Але така оцінка, як і попередні, дають уяву про перебіг тих чи інших процесів у водоймах або характеризують степінь їх забруднення, але не показують загальний екологічний стан природних водойм.

На Україні використовується “Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними катего{Лями”, яка набула чинності з 1 січня 1999 року. Екологічна оцінка якості природних вод дає інформацію про воду як складову водної екосистеми, життєве середовище гідробіонтів і важливу складову частину природного середовища людини.

Передусім, доцільно дати визначення деяких основних термінів і понять, які використовуються при екологічній оцінці якості природних вод згідно зазначеної Методики.

Під екологічним благополуччям водних об’єктів розуміють стан рівноваги екосистем водних об’єктів з нормальною структурою, сталим функціонуванням та відтворенням основних компонентів, незважаючи на вплив антропогенних і природних чинників.

Під екологічними нормативами якості вод розуміють науково- обгрунтовані кількісні значення показників якості води - гідрофізичні,

гідрохімічні, гідробіологічні, бактеріологічні та вміст специфічних речовин, які відображають природний стан водного об’єкту та цілі водоохоронної діяльності по покращенню або збереженню його екологічного благополуччя.

Екологічна оцінка якості вод - це віднесення вод до певного класу і категорії згідно з екологічною класифікацією на підставі аналізу значень показників її складу і властивостей з наступним їх обчисленням та інтегруванням.

Під індексом якості води розуміють узагальнену числову оцінку якості води за сукупністю основних показників, котра визначається відповідно до класів і категорій якості вод. Існують індекси групові (блокові) та комплексний (узагальнюючий) - екологічний.

Критеріями якості вод називають показники складу та властивостей води в їх кількісному виразі у вигляді значення, якому відповідають певні клас і категорія якості вод. Узагальнюючі категорії якості вод називають екологічними.

Класи і категорії якості вод - це рівні їх якості, установлені за інтервалами числових значень показників їх складу і властивостей.

Ключовим питання оцінки якості природних вод є поняття якості вод. Як зазначалось нами раніше, під якістю вод розуміють характеристику їх складу і властивостей, які визначають її придатність для конкретних цілей використання.

Згідно зазначеної Методики, характеристика якості поверхневих вод проводиться на основі екологічної класифікації поверхневих вод суходолу та естуаріїв України. Така екологічна класифікація природних вод є невід’ємною частиною екологічної оцінки якості поверхневих вод, вона є категорійною базою оцінки. Необхідна повнота і об’єктивність характеристики якості поверхневих вод досягається достатньо широким набором показників, які відображають особливості абіотичної та біотичної складової водних екосистем.

Комплекс показників екологічної класифікації якості поверхневих вод включає загальні та специфічні показники. Загальні показники, до яких належать показники сольового складу і трофо- сапробності вод (еколого-санітарні), характеризують звичайні властиві водним екосистемам інгредієнти, концентрація яких змінюватись під впливом господарської діяльності.

Специфічні показники характеризують вміст у природних водах забруднювальних речовин токсичної і радіаційної дії.

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод та естуаріїв України є складною і включає три групи спеціалізованих класифікацій:

- група класифікацій за критеріями сольового складу (за величиною мінералізації, за аніонно-катіонним складом, за забрудненням компонентами сольового складу);

- група класифікацій за трофо-сапробіологічними критеріями (за гідрофізичними показниками, за гідрохімічними показниками, за гідробіологічними показниками, за бактеріологічними показниками, за біоіндикацією сапробності);

- група класифікацій за критеріями вмісту специфічних речовин токсичної та радіаційної дії, а також за рівнем токсичності компонентів (за вмістом специфічних речовин токсичної дії, за рівнем їх токсичності, за показниками радіаційної дії).

В цілому, для екологічної оцінки якості поверхневих вод використовується понад ЗО показників.

Конкретні кількісні показники якості природних вод є елементарними ознаками якості, а комплексні кількісні ознаки якості вод базуються на інтегруванні елементарних. На основі цих оцінок визначають класи, категорії та індекси якості вод, зони сапробності, ступені трофності.

Визначені за цими ознаками класи і категорії якості вод відображають природний стан, а також ступінь антропогенного забруднення поверхневих вод. Назви, що дані класам і категоріям якості вод за їх станом, є такими:

І клас з однією категорією (1) - відмінні;

[І клас - добрі, з двома категоріями: дуже добрі (2) і добрі (3);

III клас - задовільні, з двома категоріями: задовільні (4) і посередні (5);

IVклас з однією категорією (6) - погані;

Vклас з однією категорією (7) - дуже погані.

За ступенем чистоти (забрудненості) дані назви класам і категоріям якості природних вод і вони є такими:

І клас з однією категорією (1) - дуже чисті;

IIклас - чисті, з двома категоріями: чисті (2) і досить чисті (3);


III клас - забруднені, з двома категоріями: слабко забруднені (4) і помірно забруднені (5);

IV клас з однією категорією (6) - брудні;

Vклас з однією категорією (7) - дуже брудні.

Порядок проведення екологічної оцінки якості природних вод є справою складною. Така оцінка обов’язково включає три блоки показників:

- блок сольового складу,

- блок трофо-сапробіологічних показників´,

- блок показників вмісту і біологічної дії специфічних речовин.

Спочатку проводиться орієнтовна екологічна оцінка якості вод і

робляться орієнтовні висновки, а потім змістовна відповідно за трьома блоками. Змістовна екологічна оцінка якості природних вод включає такі послідовні етапи:

- етап групування і обробки вихідних даних;

- етап визначення класів і категорій якості вод за окремими показниками;

- етап узагальнення оцінок якості води за окремими показниками, в межах блоків, з визначенням інтегральних значень класів і категорій якості вод;

- етап визначення об’єднаної оцінки якості природних вод (з визначенням класів і категорій) для певного водного об’єкту в цілому, або його окремих ділянок за певний період спостережень.

При оцінці та узагальненні характеристик стану водних об’єктів використовують методи математичної статистики і, при цьому, особливу увагу приділяють екстремальним значенням.

Об’єднана оцінка якості води для певного водного об’єкту полягає в обчисленні інтегрального, або екологічного індексу (Іс). Використання екологічного індексу якості води доцільно тільки в тих випадках, коли для планування водоохоронної діяльності, в тому числі і для оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС), зручніше користуватись однозначною оцінкою. Цей показник використовується, також, при картографуванні. Екологічний індекс якості природних вод розраховується за формулою: // - індекс якості за компонентами сольового складу;

12 - індекс трофо-сапробіологічних (еколого-санітарних) показників;

13 - індекс якості за специфічними показниками токсичної та радіаційної дії.

Така екологічна оцінка є невід’ємною умовою екологічного нормування якості поверхневих вод, його попереднім етапом. В той же час, як нами зазначалось раніше, використання інтегральних показників якості природних вод (блокових або навіть екологічного) не завжди доцільно. Це зумовлено відносністю таких показників, а іноді, їх використання з точки зору “краще” або “гірше”, дає неправильну уяву про реальний екологічний стан водних об’єктів. Тому, важливим завданням екологів, є правильний підхід тобто вибір критеріїв при оцінці стану водних об’єктів.

Зустрічаються методики бальної оцінки якості природних вод, але в силу своєї відносності, ці методики не набули поширення. Спадково склалося таке відношення до оцінки стану природних водойм, коли індивідуальні або елементарні показники якості вод порівнюються з відповідно встановленими нормативами і, на основі такого порівняння, робиться висновок про екологічний стан природних водойм. Цей підхід є також не правильним, адже не дає уяву про перебіг всіх процесів у водоймі.

Тому вдосконалення методик екологічної оцінки якості природних вод є важливим напрямком оптимізації водоохоронної діяльності людини.


загрузка...