Глава 3. Критерии оценки качества вод : Общеэкологический подход

Дальше

Назад

Начало

Конец

Список

3.3. Общеэкологический подход к нормированию качества вод

Мем № 20: “Необходимо научиться прогнозировать отклик экосистемы в целом на совокупное внешнее воздействие, а не какого-либо ресурсного звена, обусловливающего практический интерес потребителя” В.В. Дмитриев [1994].

Система санитарно-гигиенического нормирования с использованием ПДК длительное время подвергается в целом аргументированной критике, так как давно наметилась тенденция к оценке состояния водных объектов не с точки зрения потребностей конкретного природопользователя, а с точки зрения сохранения структуры и функциональных особенностей всей экосистемы в целом. Систематизация основных претензий к действующей системе ПДК сводится к следующему [Форощук, 1989; Абакумов, Сущеня, 1991; Зоммер, 1991; Лукьяненко, 1992, 1996; Воробейник с соавт., 1994; Пых, Малкина-Пых, 1996; Фрумин, 2000]:

Концентрация веществ в воде не отражает токсикологическую нагрузку на экосистему, так как не учитывает процессы аккумуляции веществ в биологических объектах и донных отложениях, т.е. не учитывается предыстория, связанная с накоплением в водной среде загрязняющих веществ.

Видовая токсикорезистентность водных животных зависит не столько от специфики механизмов действия ядов, сколько от уровня организации организма и от его отношения к общему фону загрязнения, обусловленному соответствующими механизмами адаптации, сформировавшимися в результате длительного эволюционного процесса [Алексеев, 1984а,б].

Федеральные ПДК не учитывают специфику функционирования водных экосистем в различных природно-климатических зонах (широтная и вертикальная зональность) и биогеохимических провинциях (естественные геохимические аномалии с различным уровнем содержания природных соединений), а значит, и их токсикорезистентность. Известно, что разные биогеохимические провинции (и отдельные водоемы) отличаются друг от друга по содержанию в поверхностных водах Рb в 2000 раз, Ni – в 1350, Zn – в 500, Сu – в 10 000, Cr – в 17 000 раз [Волков с соавт., 1993, 1996].

Не учитываются эффекты синергизма, антагонизма, суммации.

Не решена проблема нормы и патологии в водной токсикологии, в частности не принимается во внимание принцип эмерджентности, т.е. качественного своеобразия функционирования и устойчивости биосистем на разных уровнях их организации (от молекулярного до экосистемного).

При обосновании ПДК не учитывается разный трофический статус экосистем, сезонные особенности природных факторов, на фоне которых проявляется токсичность загрязняющих веществ.

Перечисленные, а также некоторые другие недостатки санитарно-гигиенического нормирования не отвергают необходимость оценки состояния водных объектов по ПДК, но свидетельствуют о необходимости разработки новых подходов, которые, с разной степенью декларативности, очерчены в работах представленных авторов. Общая концепция прослеживается достаточно отчетливо – основными задачами экологического нормирования и водной токсикологии должны стать [Приемы прогнозирования.., 1985]:

оценка влияния токсических веществ не только на отдельные организмы, но и на надорганизменные системы (популяции и сообщества), которым свойственны специфические реакции на антропогенные факторы;

составление приоритетного списка веществ, на которые живые организмы реагируют наиболее активно, с учетом как их количества и степени токсичности, так и трансформации в водной экосистеме.

При этом отмечается, что задачи экологической токсикологии более сложны, чем “классической”, поскольку связаны с оценкой токсического влияния на более разнообразный спектр организмов, распространяемый от бактерий до млекопитающих.

Из изложенного можно предположить, что сам по себе экологический (биоценотический) ПДК, как нормативная величина, ничем не отличается от санитарно-гигиенического, поскольку определяется по единой формуле 3.2. Достаточно расширить до некоторого разумного предела множество n порогов хронического действия Lim_ch за счет включения новых групп биоиндикаторов и учитывать в коэффициенте запаса дополнительную специфику вещества (например, способность аккумулироваться в донных отложениях). В связи с этим, вряд ли представляется целесообразным вводить в действие для “экологических” ПДК какие-либо новые терминологические обозначения типа “ЭДУ – экологически допустимых уровней воздействия” [Левич, 1994].

Таким образом, установление "биоценотических" ПДК сводится к определению критических нагрузок поллютантов Lim_ch, не вызывающих угнетения конкретных популяций биоценозов, и, в конечном итоге, к уточнению понятий “нормы” и “патологии” для гидробиологических сообществ [Брагинский, 1981]. Поскольку установление экологических нормативов в лабораторных условиях крайне затруднительно, А.С. Константинову [1973, 1981] представляется реальным выполнять нормирование с учетом состояния биоценозов в естественных условиях: “Для этого следует воспользоваться результатами тех грандиозных экспериментов, которые как бы поставлены в природных условиях в результате спуска в водоемы сточных вод различных предприятий”. При этом предполагаются следующие исходные предпосылки:

для каждого нормируемого вещества в качестве тест-объекта выбирается достаточно репрезентативная индикаторная группа гидробионтов, удобная для изучения и обитающая в водоемах с широким диапазоном уровня нормируемого загрязнения;

выбирается серия водоемов, принадлежащих к разным типам и географическим зонам, в которых исследуемый поллютант является практически единственным или доминирующим;

строится калибровочная кривая зависимости фактических структурно-функциональных характеристик (видовой состав, численность и биомасса) сообщества, выбранного в качестве биоиндикатора, от различных уровней загрязнения;

на полученной кривой типа "доза-эффект" выбирается некоторая точка, соответствующая критическому состоянию экосистемы.

Несмотря на внешнюю убедительность представленных предпосылок, можно усомниться в конечной реализуемости описанного А.С. Константиновым механизма экологического нормирования. В качестве конкретных причин этому можно отметить:

организационные трудности создания федеральной базы гидрохимических и гидробиологических данных;

сомнительную возможность создания репрезентативной выборки наблюдений, где нормируемый фактор был бы выделен в “чистом” виде и широком диапазоне значений;

большую дисперсию варьирования гидробиологических показателей под влиянием побочных сезонных, климатических или гидрометеорологических факторов, особенностей отбора проб и т.д., что мешает адекватно идентифицировать статистическую зависимость "доза-эффект" для конкретного нормируемого химического соединения;

подробно описанные выше (см. раздел 2 главы 1) методологические сложности "назначения" подходящих биоиндикационных групп применительно к исследуемому фактору.

Факторы среды вообще и концентрации загрязняющих веществ в частности, как правило, статистически верно определяют, какие организмы могут жить в данных условиях. Однако принципиальное различие санитарно-гигиенических и экологических подходов к нормированию качества воды заключается, по нашему мнению, не в обсуждавшихся выше механизмах и способах обоснования ПДК (или ЭДУ), а в тех коренных вопросах, на которые должна дать ответ каждая научная методология. Основная задача традиционной водной токсикологии состоит в том, чтобы “для каждого действующего абиотического фактора (или химического вещества) найти такое значение ПДК, при котором контакт с водной средой любого водоема не сопряжен с угрозой для здоровья живого организма”. Экологическое же нормирование качества воды на современном этапе решает, в некотором смысле, обратную задачу: “для некоторого конкретного водоема оценивается его биосферный статус или степень уклонения биоценоза от некоторого оптимального состояния; на основании чего делается вывод об интенсивности антропогенных факторов, как возможной причины этого уклонения”.

Безусловно, сколько-нибудь строгое количественное определение, насколько "хороша" или "плоха" экосистема в биосферном смысле и где находится ее "экологический оптимум", представляет собой сложную и нетривиальную задачу. Для того, чтобы проследить и уяснить сущность и степень происходящих (и предстоящих) экологических изменений в водных объектах, необходимо иметь:

некоторый набор адекватных показателей качества экосистем, непротиворечиво вычисляемых на основе гидробиологических измерений, полученных с помощью традиционных технических средств;

технологию квантования диапазона изменения каждого показателя в соответствии с установленными границами нормы-патологии;

способ расчета формализованных интегральных количественных оценок, позволяющий учитывать комплексное влияние всего многообразия составляющих экологических факторов.

Предметный анализ таких "биоценотических" показателей и методов их расчета представлен в последующих главах.

В литературных источниках можно найти обширный материал по разработанным системам классификации пресноводных водоемов, имеющим разную степень "законодательной" силы и использующим различные комплексы гидрохимических и гидробиологических показателей. Существующий подход к квантованию и выделению граничных значений числовых признаков, используемых для группировки водных объектов по классам качества, чаще всего достаточно произволен и основывается на опыте исследователя. Традиционно выбирается некоторая шкала с числом градаций в пределах "магических" чисел от 3 до 7, например: "Очень чисто" – "Чисто" – "Не очень чисто" – "Не очень грязно" – "Грязно" – "Ну, очень грязно" – "Катастрофически грязно". В дальнейшем, с использованием интуиции и квалификации разработчика, литературных данных, полученных "в начале прошлого века на одной английской реке", или общих соображений здравого смысла, каждой градации назначается конкретный диапазон значений из некоторого списка потенциально пригодных для этого показателей.

Федеральный закон "Об охране природы" [2002] в главе VIII для оценки зон экологического бедствия и зон чрезвычайных ситуаций предписывает использовать соответствующий документ Минприроды РФ [Критерии оценки.., 1992], в котором экологическая обстановка классифицируется по возрастанию степени неблагополучия следующим образом:

относительно удовлетворительная;
напряженная;
критическая;
кризисная (или зона чрезвычайной экологической ситуации);
катастрофическая (или зона экологического бедствия).

Документ четко структурирует два раздела критериев оценки степени неблагополучия:

Критерии, оценивающие изменение среды обитания человека и состояние здоровья населения.

Критерии, оценивающие изменение природной среды.

Например, в разделе 1 оценка степени загрязнения питьевой воды и водоисточников питьевого и рекреационного назначения выполняется на основании трех групп критериев, оценивающих:

санитарно-эпидемиологическую опасность воды с учетом количества кишечных палочек, патогенных бактерий и показателя вирусного загрязнения;

санитарно-токсикологическую опасность загрязнения питьевой воды химическими веществами (см. таб. 3.3);

санитарно-гигиеническую опасность загрязнения водоисточников возбудителями паразитарных болезней и микозов человека

Обобщенное заключение о степени санитарно-гигиенического неблагополучия может быть сделано на основании стабильного сохранения негативных значений нескольких основных показателей в течение достаточно длительного периода (не менее одного года). Однако, в случае загрязнения водоисточников и питьевой воды патогенными микроорганизмами или возбудителями паразитарных заболеваний, а также особо токсичными веществами, заключение о неблагополучии может быть сделано на основании одного критерия.

Таблица 3.3

Критерии санитарно-гигиенической оценки опасности загрязнения питьевой воды и источников питьевого водоснабжения химическими веществами

№№ п/п	Показатели	Параметры
№№ п/п	Показатели	Экологическое бедствие	Чрезвычайная экологическая ситуация	Относительно удовлетворительная ситуация
1.	Основные показатели
1.1	Содержание токсических веществ первого класса опасности (чрезвычайно опасные вещества: бериллий, ртуть, бенз-a -пирен, линдан, диоксин, дихлорэтилен, диэтилртуть, галлий, тетраэтилсвинец, тетраэтилолово, трихлорбифенил, (в долях ПДК)	> 3	2-3	В пределах гигиенических нормативов (ПДК)
1.2	Содержание токсичных веществ второго класса опасности (высокоопасные вещества: алюминий, барий, бор, кадмий, молибден, мышьяк, нитриты, свинец, селен, стронций, цианиды (в долях ПДК)	>10	5-10	В пределах гигиенических нормативов (ПДК)
2.	Дополнительные показатели
2.1	Содержание токсичных веществ третьего и четвертого классов опасности (опасные и умеренно опасные вещества: аммоний, никель, нитраты, хром, медь, марганец, цинк, фенолы, нефтепродукты, фосфаты (в долях ПДК)	>15	10-15	В пределах гигиенических нормативов (ПДК)
2.2.	Физико-химические свойства:
2.2.1	рН	< 4	4-5,2	-"-
2.2.2	БПК полн., мг 0₂/л	> 10	8-10	-"-
2.2.3	XПК, мг 0₂/л	> 80	60-80	-"-
2.2.4	Растворенный кислород, мг/л	< 1	1-2	> 4
2.3	Органолептические характеристики:
2.3.1	Запах и привкус, баллы	5	3-4	не более 1 – 2
2.3.2	Плавающие примеси (пленки, пятна масляные и др.)	пленка темной окраски, занимающая до 2/3 обозримой площади	яркие полосы или пятна тусклой окраски	Отсутствуют

Выявление зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия по разделу 2 с учетом изменения природной среды поверхностных водоемов осуществляется отдельно по химическим и биологическим показателям, приведенным соответственно в таблицах 3.4 и 3.5.

Таблица 3.4

Критерии оценки степени химического загрязнения поверхностных вод

№№ п/п	Показатели	Параметры
№№ п/п	Показатели	Экологическое бедствие	Чрезвычайная экологическая ситуация	Относительно удовлетворительная ситуация
1.	Основные показатели
1.1	Химические вещества, доли ПДК
1.1.1	1-2 класс опасности	более 10	5-10	1
1.1.2	3-4 класс опасности	более 100	50-100	1
1.2.	Показатель химического загрязнения (ПХЗ-10)
1.2.1	1-2 класс опасности	более 80	35-80	1
1.2.2	3-4 класс опасности	более 500	500	10
2.	Дополнительные показатели
2.1.	Запах, привкус в баллах	более 4	3-4	2
2.2.	Плавающие примеси: нефть и нефтепродукты	пленка темной окраски, занимающая 2/3 обозримой площади	яркие полосы или тусклая окраска пятен	Отсутствуют
2.3.	Реакция среды, рН	5,0-5,6	5,7-6,5	более 7
2.4.	Химическое потребление кислорода ХПК (антропогенная составляющая к фону), мгО₂/л	20-30	10-20	Не оценен
2.5.	Растворенный кислород, % насыщения	10-20	20-50	Более 80
2.6.	Биогенные вещества :
2.6.1	- нитриты (NO₂), доли ПДК	более 10	более 5	менее 1
2.6.2	- нитраты (NО₃), доли ПДК	более 20	более 10	менее 1
2.6.3	- соли аммония (NH₄), доли ПДК	более 10	более 5	менее 1
2.6.4	- фосфаты (РО₄), мг/л	более 0,6	0,3-0,6	менее 0,05
2.7.	Минерализация, мг/л, (превышение регионального уровня)	3-5	2-3	региональный уровень
2.8.	Коэффициент донной аккумуляции (КДА)	более 10⁴	10³-10⁴	10
2.9.	Коэффициент накопления в гидробионтах (Кн)	более 10⁵	10⁴-10⁵	10

В качестве основных гидрохимических показателей оценки состояния поверхностных вод были выбраны, в первую очередь, токсичные, приоритетные загрязняющие вещества, в том числе обладающие кумулятивными свойствами накапливаться в органах и тканях гидробионтов. Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водных объектов при выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия предлагается использовать формализованный суммарный показатель химического загрязнения ПХЗ-10 (см. раздел 3.5). Предполагается, что этот показатель особенно важен для территорий, где загрязнение химическими веществами наблюдается сразу по нескольким веществам, каждый из которых многократно превышает допустимый уровень ПДК. В дополнительные показатели включены некоторые общепринятые физико-химические параметры, дающие общее представление о составе и качестве вод. Для характеристики процессов, происходящих в водных объектах, приводятся также коэффициенты, учитывающие способность загрязняющих веществ накапливаться в донных отложениях (КДА) и гидробионтах (Кн).

Коэффициент донной аккумуляции (КДА) определяется как отношение концентрации веществ (документ не определяет, каких именно) в донных отложениях С_до к концентрации тех же веществ в воде С_вода.:

КДА = С_до / С_вода.

Коэффициент накопления в гидробионтах (Кн) определяется как отношение концентрации веществ в гидробионтах С_{гидробионт} к концентрации тех же веществ в воде С_вода.:

КДА = С_{гидробионт} / С_вода

(документ также не определяет, каких веществ и в каких именно гидробионтах, что предопределяет большое варьирование сравниваемых данных).

Таблица 3.5

Критерии оценки состояния пресноводных экосистем

№№п/п	Показатели	Параметры
№№п/п	Показатели	Экологическое бедствие	Чрезвычайная экологическая ситуация	Относительно удовлетворительная ситуация
1.	Основные показатели
1.1.	Фитопланктон	отсутствие водорослей или единичные экз. видов	пленка сине-зеленых, пряди нитчатых водорослей, отдельные представители других групп водорослей	естественное развитие фитопланктона
1.2.	Концентрация хлорофилла "а", мкг/л	более 50	30-50	менее 10
1.3.	Среднелетняя биомасса фитопланктона, мг/л	более 100	50-100	менее 10
1.4.	Фитомасса нитчатых водорослей, кг/м²	более 3,0	2,6-3,0	менее 2,0
1.5.	Зоопланктон	единичные экземпляры панцирных коловраток, их зимние яйца	резкое снижение численности и разнообразия панцирных коловраток, единичные экз. низших ракообразных	естественное развитие зоопланктона
1.6.	Зообентос	присутствие только некоторых видов червей, не требовательных к кислороду (тубифицид)	резкое сокращение численности и разнообразия донных животных, присутствие тубифицид (олигохет) и таниподин (хирономид)	естественное развитие зообентоса на региональном уровне
1.7.	Биотический индекс по Вудивиссу, баллы	менее 1	1 - 2	более 6
1.8.	Олигохетный индекс, отношение числен. олигохет к числен. всего зообентоса, %	более 100	100 - 86	менее 50
1.9.	Хирономидный индекс по Балушкиной	более 9,0	6,5 - 9,0	менее 6,5
1.10.	Ихтиофауна	исчезновение ценных и редких видов рыб; отсутствие запасов промысловых рыб	резкое снижение доли ценных и редких видов рыб; резкое снижение запасов промысловых рыб	сохранение естественного состояния ихтиофауны; величина вылова, не нарушает естественного воспроизводства рыб
1.11.	Заболеваемость рыб, связанная с хроническим токсикозом (миопатия, язвенная болезнь и тд.), % от годового улова	более 50	50	отсутствие признаков
1.12.	Интегральный показатель качества вод: биотестирование на ракообразных (дафнии и цериодафнии),.	не проявляется	не проявляется	в неразбавленной воде летальное действие отсутствует
	гибель 50% и более рачков в течении 96 и 48 часов соответственно	при кратности разбавления в 100 и более раз	при кратности разбавления от 50 до 100 раз	-"-
	Дополнительные показатели:
2.1.	Количество сапрофитных бактерий, кл/мл	более 1.10	5.10 -1.10	5.10 -1.10
2.2.	Общее количество бактерий, кл/мл	более 1.10	5.10 -1.10	менее 3.10
2.3.	Индекс сапробности планктона по Пантле и Буку (в модификации Сладечека)	более 4	4-3	1,5 - 2,5
2.4.	Олигохетный индекс по Цанеру, тыс.экз./кв.м
	тубифициды	более 50,0	50,0-10.0	0,1
	лимнодрилюсы	более 100,0	100,0-50,0	0,1
2.5	Олигохетный индекс по Пареле	более 0,8	0,5-0,8	менее 0,5

При формировании критериев экокризисности водных экосистем по гидробиологическим показателям, приведенным в табл. 3.5, сделана попытка характеристики состояния и развития всех экологических групп водного сообщества. При выделении рассматриваемых зон благополучия используются основные показатели по бактериопланктону, фитопланктону, зоопланктону, зообентосу и ихтиофауне, принятые на основании данных региональной службы гидробиологического контроля и характеризующие степень экологической деградации пресноводных экосистем. Кроме того, для определения степени токсичности вод введен интегральный показатель – биотест на низших ракообразных. Соответствующий уровень токсичности водной массы должен наблюдаться во все основные фазы гидрологического цикла.

Параметры показателей, предложенных для выделения зон, предписывается рассматривать с учетом региональных особенностей, категории и трофического статуса водоема (водотока). Они должны наблюдаться на данной территории постоянно на протяжении достаточно длительного времени с минимальным периодом не менее 3 лет.

В контексте документа [Критерии оценки.., 1992] предусмотрена разработка специализированной экспертной системы для информационной поддержки Государственной экологической экспертизы, которая рассматривает полученную с мест документацию и информацию, подготовленную на ЭВМ при помощи программы "Формализация и обработка первичных данных". Основной функцией экспертной системы является упорядочение и классификация территорий по степени экологического неблагополучия на основе принятых заявок при помощи математических методов, в том числе алгоритмов многокритериального выбора и алгоритмов анализа прецедентов [Шакин, 1976,1991].

Дальше

Назад

Начало

Конец

Список