Оцінка стану водних об'єктів

1. Показники якості води

Оскільки не існує єдиного показника, що характеризував би весь комплекс характеристик води, оцінка якості води ведеться на основі системи показників. Показники якості води поділяються на фізичні, бактеріологічні, гідробіологічн і хімічні. Іншою формою класифікації показників якості води є їх поділ на загальні і специфічні. До загального відносять показники, характерні для будь-яких водних об'єктів. Присутність у воді специфічних показників обумовлено місцевими природними умовами, а також особливостями антропогенного впливу на водний об'єкт.

До основних фізичних показників якості води відносяться:

Температура води. У водних об'єктах температура є результатом одночасної дії сонячної радіації, теплообміну з атмосферою, переносу тепла течіями, перемішування водних мас і надходження підігрітих вод із зовнішніх джерел. Температура впливає практично на всі процеси, від яких залежать склад і властивості води. Температура води виміряється в градусах Цельсия (°С).

Запах. Запах води створюється специфічними речовинами, що надходять у воду в результаті життєдіяльності гідробіонтів, розкладання органічних речовин, хімічної взаємодії компонентів, що утримуються у воді, і надходження з зовнішніх (алохтонних) джерел. Запах води вимірюється в балах.

Прозорість. Прозорість води залежить від ступеня розсіювання сонячного світла у воді речовинами органічного і мінерального походження, що знаходяться у воді в зваженому і колоїдному стані. Прозорість визначає протікання біохімічних процесів, що вимагають освітленості (первинне продукування, фотоліз). Прозорість виміряється в сантиметрах.

Кольоровість. Кольоровість води обумовлюється вмістом органічних забарвлених сполук. Речовини, що визначають забарвлення води, надходять у воду унаслідок вивітрювання гірських порід, внутрішньоводоймових продукційних процесів, з підземним стоком, з антропогенних джерел. Висока кольоровість знижує органолептичні властивості води, зменшує вміст розчиненого кисню. Кольоровість виміряється в градусах.

Вміст зважених речовин. Джерелами зважених речовин можуть служити процеси ерозії ґрунтів і гірських порід, збовтування донних відкладень, продукти метаболізму і розкладання гідробіонтів, продукти хімічних реакцій і антропогенні джерела. Зважені речовини впливають на глибину проникнення сонячного світла, погіршують життєдіяльність гідробіонтів, приводять до замулювання водних об'єктів, викликаючи їх екологічне старіння (евтрофікацію). Вміст зважених речовин виміряється в г/м³ (мг/л).

Бактеріологічні показники характеризують забруднення води патогенними мікроорганізмами. До числа найважливіших бактеріологічних показників відносять: коло-індекс - кількість кишкових паличок в одному літрі води; коло-титр - кількість води в миллилитрах, у якому може бути виявлена одна кишкова паличка; чисельність лактозопозитивних кишкових паличок; чисельність коліфагів.

Гідробіологічні показники дають можливість оцінити якість води за твариними організмами і рослинністю водойм. Зміна видового складу водних екосистем може відбуватися при настільки слабкому забрудненні водних об'єктів, що не виявляється ніякими іншими методами. Тому гідробіологічні показники є найбільш чутливими. Існує кілька підходів до гідробіологічної оцінки якості води.

Оцінка якості води за рівнем сапробності. Сапробність - це ступінь насичення води органічними речовинами. Відповідно до цього підходу водні об'єкти (або їх ділянки) у залежності від вмісту органічних речовин підрозділяють на полісапробні, α-мезосапробные, β-мезо-сапробні й олігосапробні. Найбільш забрудненими є полісапробні водні об'єкти. Кожному рівню сапробности відповідає свій набір індикаторних організмів-сапробіонтів. На основі індикаторної значимості організмів і їх кількості обчислюють індекс сапробності, по якому визначається рівень сапробності.

Оцінка якості води за видовою розмаїтістю організмів. Зі збільшенням ступеня забруднення водних об'єктів видова розмаїтість, як правило, знижується. Тому зміна видової розмаїтості є показником зміни якості води. Оцінку видової розмаїтості здійснюють на основі індексів розмаїтості (індекси Маргалефа, Шеннона й ін.).

Оцінка якості води за функціональними характеристиками водного об'єкта. У цьому випадку про якість води судять по величині первинної продукції, інтенсивності деструкції і деяких інших показників.

Фізичні, бактеріологічні і гідробіологічні показники відносять до загальних показників якості води.

Хімічні показники можуть бути загальними і специфічними. До числа загальних хімічних показників якості води відносять:

Розчинений кисень. Основними джерелами надходження кисню у водні об'єкти є газообмін з атмосферою (атмосферна реаерація), фотосинтез, а також дощові і поталі води, що, як правило, перенасичені киснем. Окисні реакції є основними джерелами енергії для більшості гідробіонтів. Основними споживачами розчиненого кисню є процеси дихання гідробіонтів і окислювання органічних речовин. Низький вміст розчиненого кисню (анаеробні умови) позначається на всьому комплексі біохімічних і екологічних процесів у водному об'єкті.

Хімічне споживання кисню (ХСК). ХСК визначається як кількість кисню, необхідного для хімічного окислювання води, що міститься в одиниці об`єму, органічних і мінеральних речовин. При визначенні ХСК у воду додається окислювач - біхромат калію. Величина ХСК дозволяє судити про забруднення води речовинами, що окисляються, але не дає інформації про склад забруднення. Тому ХСК відносять до узагальнених показників.

Біохімічне споживання кисню (БСК). БСК визначається як кількість кисню, затрачувана на біохімічне окислювання, що міститься в одиниці об`єму води органічних речовин за визначений період часу. В Україні на практиці БСК оцінюють за п'ять діб (БСК₅ ) і двадцять доби (БСК₂₀ ). БСК₂₀ звичайно трактують як повне БСК (БСК_повн ), ознакою якого є початок процесів нітрифікації в пробі води. БСК також відноситься до узагальнених показників, оскільки воно служить оцінкою загального забруднення води легкоокислюваних органічними речовинами.

Водневий показник (рН). У природних водах концентрація іонів водню залежить, головним чином, від співвідношення концентрацій вугільної кислоти і її іонів. Джерелами вмісту іонів водню у воді є також гумінові кислоти, що є присутнім у кислих ґрунтах і, особливо, у болотних водах, гідроліз солей важких металів. Від рН залежить розвиток водних рослин, характер протікання продукційних процесів.

Азот. Азот може знаходитися в природних водах у вигляді вільних молекул N₂ і різноманітних сполук у розчиненому, колоїдному або зваженому стані. У загальному азоті природних вод прийнято виділяти органічну і мінеральну форми. Основними джерелами надходження азоту є внутріводоймові процеси, газообмін з атмосферою, атмосферні опади й антропогенні джерела. Різні форми азоту можуть переходити одна в іншу в процесі кругообігу азоту. Азот відноситься до числа найважливіших лімітуючих біогенних елементів. Високий вміст азоту прискорює процеси евтрофування водних об'єктів.

Фосфор. Фосфор у вільному стані в природних умовах не зустрічається. У природних водах фосфор знаходиться у вигляді органічних і неорганічних сполук. Основна маса фосфору знаходиться в зваженому стані. Сполуки фосфору надходять у воду в результаті внутрішньоводоймових процесів, вивітрювання і розчинення гірських порід, обміну з донними відкладеннями і з антропогенних джерел. На вміст різних форм фосфору впливають процеси його кругообігу. На відміну від азоту круговорот фосфору незбалансований, що визначає його більш низький вміст у воді.

Тому фосфор найбільше часто виявляється тим лімітуючим біогенним елементом, вміст якого визначає характер продукційних процесів у водних об'єктах.

Мінеральний склад. Мінеральний склад визначається за сумарнимвмістом семи головних іонів: К+, Na+, Ca²⁺ , Mg²⁺ , Cl^- SO₄ ^2- , НСО₃ ^- . Основними джерелами підвищення мінералізації є ґрунтові і стічні води. З погляду впливу на людину і гідробіонти несприятливими є як високі, так і надмірно низькі показники мінералізації води.

До найбільш часто зустрічаючихся специфічних показників якості води відносяться:

Феноли. Вміст фенолів у воді, поряд з надходженням з антропогенних джерел, може визначатися метаболізмом гідробіонтів і біохімічною трансформацією органічних речовин. Джерелом надходження фенолів є гумінові речовини, що утворяться в ґрунтах і торфовищах. Феноли впливають на гідробіонти і погіршують органолептичні властивості води.

Нафтопродукти. До нафтопродуктів відносяться паливо, олії, бітуми і деякі інші продукти, що являють собою суміш вуглеводнів різних класів. Джерелами надходження нафтопродуктів є витоки при їх видобутку, переробці і транспортуванні, а також стічні води. Незначна кількість нафтопродуктів може виділятися в результаті внутрішньо-водоймових процесів. Вхідні до складу нафтопродуктів вуглеводні створюють токсичний і, до деякої міри, наркотичний вплив на живі організми, уражаючи серцево-судинну і нервову системи.

ПАР і СПАР. До поверхнево-активних речовин (ПАР) відносять органічні речовини, що володіють різко вираженою здатністю до адсорбції на поверхні розділу "повітря-рідина". У переважній більшості поверхнево-активних речовин, що попадають у воду, є синтетичними (СПАР). СПАР впливають на гідробіонтів і людину, погіршують газообмін водного об'єкта з атмосферою, знижують інтенсивність внутрішньо-водоймових процесів, погіршують органолептичні властивості води. СПАР відносяться до повільно розкладаючихся речовинам.

Пестициди. Під пестицидами розуміють велику групу штучних хлорорганічних і фосфорорганічних речовин, застосовуваних для боротьби з бур'янами, комахами і гризунами. Основним джерелом їх надходження є поверхневий і дренажний стік із сільськогосподарських територій. Пестициди мають токсичну, мутагенну і кумулятивну дію, руйнуються повільно.

Важкі метали. До числа найбільш розповсюджених важких металів відносяться свинець, мідь, цинк. Важкі метали мають мутагенну і токсичну дію, різко знижують інтенсивність біохімічних процесів у водних об'єктах.

1.2 Методика оцінки якості води

Відповідно до Водного кодексу України оцінка якості води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки водокористування й екологічних нормативів якості води водних об'єктів.

Оцінка якості води на основі нормативів екологічної безпеки водокористування. Діючі нормативи дозволяють оцінити якість води, використовуваної для комунально-побутового, господарсько-питного і рыбо-хозяйственного водокористування.

До комунально-побутового водокористування відноситься використання водних об'єктів для купання, заняття спортом і відпочинку. До господарсько-питного водокористування відноситься використання водних об'єктів як джерела господарсько-питного водопостачання і для водоснаб-жения підприємств харчової промисловості. До рибогосподарського водокористування відноситься використання водних об'єктів як середовище існування риб і інших водних організмів. Водні об'єкти рибо-господарського призначення підрозділяються на вищу, першу і другу категорії. Різні ділянки одного водного об'єкта можуть відноситися до різних категорій водокористування.

Нормативну базу оцінки якості води складають загальні вимоги до складу і властивостей води і значення гранично припустимих концентрацій речовин у воді водних об'єктів.

Загальні вимоги визначають припустимий склад і властивості води, оцінювані найбільш важливими фізичними, бактеріологічними й узагальненими хімічними показниками. Вони можуть задаватися у вигляді конкретної величини, зміни величини показника в результаті впливу зовнішніх факторів або у вигляді якісної характеристики показника.

Гранично припустимі концентрації (ГДК) - це встановлений рівень концентрації речовин у воді, вище якого вода вважається непридатною для конкретного виду водокористування. ГДК, як правило, задаються у вигляді конкретного значення концентрації.

Усі речовини за характером свого негативного впливу поділяються на групи. Кожна група поєднує речовини однакової ознаки дії, що називають ознакою шкідливості. Одна і таж речовина при різних концентраціях може виявляти різні ознаки шкідливості. Ознака шкідливості, що виявляється при найменшій концентрації речовини, називають лімітуючим показником шкідливості (ЛПШ). У водних об'єктах комунально-побутового і господарсько-питного водокористування розрізняють три ЛПШ - органолептичний, загальносанітарний і санітарно-токсикологічний. У водних об'єктах рибогосподарського водокористування, крім названих, виділяють ще два ЛПШ - токсикологічний і рибогосподарський.

При оцінці якості води у водоймах комунально-побутового і господарсько-питного водокористування враховують також клас небезпеки речовини. Його визначають у залежності від токсичності, кумулятивності, мутагенності і ЛПШ речовини. Розрізняють чотири класи небезпеки речовин: перший - надзвичайно небезпечні; другий - високонебезпечні; третій - небезпечні; четвертий - помірно небезпечні.

При оцінці якості води враховується принцип адитивності - односпрямованої дії. Відповідно доцього принципу приналежність декількох речовин до одного ЛПШ виявляється в підсумовуванні їх негативного впливу.

З обліком сказаного оцінка якості води з погляду екологічної безпеки водокористування проводиться за наступною методикою.

Водні об'єкти вважаються придатними для комунально-побутового і господарсько-питного водокористування, якщо одночасно виконуються наступні умови:

- не порушуються загальні вимоги до складу і властивостей води для відповідної категорії водокористування;

- для речовин, що належать до третього і четвертого класів небезпеки, виконується умова:

- С < ГДК,

- де С - концентрація речовини у водному об'єкті, г/м³ ;

- для речовин, що належать до першого і другого класів небезпеки, виконується умова:

де С_і і ПДК_і відповідно концентрація і ГДК і-тoї речовини першого або другого класу небезпеки.

Водні об'єкти вважаються придатними для рибогосподарського водокористування, якщо одночасно виконуються наступні умови:

- не порушені загальні вимоги до складу і властивостей води для відповідної рибогосподарської категорії;

- для речовин, що належать до однакового ЛПШ, виконується умова:

де С_і і ГДК_і відповідно концентрація і ГДК і-тoї речовини, що належить до даного ЛПШ.

Норми якості води повинні виконуватися:

для водотоків комунально-побутового і господарсько-питного водокористування - на ділянках від пункту водокористування до контрольного створу, розташованого на відстані не менш одного кілометра вище за течією від цього пункту водокористування;

для водойм комунально-побутового і господарсько-питного водокористування - на акваторії в радіусі не менш одного кілометра від пункту водокористування;

для водотоків рибогосподарського водокористування - у межах усієї рибогосподарської ділянки водотоку, починаючи з контрольного створу, розташованого не далі 500 метрів нижче за течією від джерела надходження домішок;

для водойм рибогосподарського призначення - на всіх рибогосподарських ділянках, починаючи з контрольного пункту, розташованого в радіусі не більш 500 м від місця надходження домішки.

Оцінка якості води на основі екологічних нормативів. Екологічні нормативи якості води встановлюються для оцінки стану водних об'єктів на основі екологічної класифікації поверхневих вод.

Система екологічної класифікації якості поверхневих вод включає три класифікаційні групи: сольового складу, еколого-санітарних показників і показників складу і біологічної дії специфічних речовин.

У залежності від значень показників якості води поверхневі води відносять до визначених категорії і класу якості води. Класи і категорії, використовувані при екологічній класифікації якості води, приведені в табл. 3.

Таблиця 1. Класи і категорії якості поверхневих вод суші

Клас якості води	І	ІІ			ІІІ		ІV	V
Категорія якості води	1	2	3		4	5	6	7
Назви класів і категорії якості вод за ступенем їх забруднення	Дуже чисті	Чисті			Забруднені		Брудні	Дуже брудні
	Дуже чисті	Чисті		Досить чисті	Слабко забруднені	Помірно забруднені	Брудні	Дуже брудні
Трофність	Оліго-трофні	Мезотрофні			Евтрофні		Полі-трофні	Гіпер-трофні
	Олігосапробні - олігомезотрофні	мезотрофні		мезоевтрофні	евтрофні	евполітрофні	політрофні	гіпертрофні
Сапробность	Олігосапробні			β-мезосапробні		α-мезосапробні		полісапробні
	β-олігосапробні	α-олігосапробні		β' -мезосапробні	β"-мезосапробні	α'-мезосапробні	α"-мезосапробні	полісапробні