Мониторинг поверхностных вод

Мониторинг поверхностных вод представляет собой систему регулярных наблюдений за гидрологическими и гидрогеохимическими показателями состояния поверхностных вод, обеспечивающую сбор, передачу и обработку полученной информации в целях своевременного выявления негативных процессов, прогнозирования их развития, предотвращения вредных последствий и определения степени эффективности осуществляемых водоохранных мероприятий.

Объектом мониторинга являются поверхностные водоёмы и водотоки (реки, озёра, водохранилища, каналы и прочие водные объекты естественного или техногенного происхождения). Мониторинг поверхностных вод ведется в рамках ЕГСЭМ, и призван решить следующие задачи:

- систематическое получение как отдельных, так и осредненных во времени и пространстве данных о качестве воды;

- обеспечение хозяйственных органов, а также заинтересованных организаций систематической информацией и прогнозами изменения гидрохимического режима и качества воды водоемов и водотоков и экстренной информацией о резких изменениях загрязненности воды.

Мониторинг поверхностных вод проводится в следующей последовательности:

1 этап: выбор местоположения пункта наблюдения. Пунктом наблюдения называют конкретное место на водоеме или водотоке, в котором производятся работы по взятию пробы воды и её химическому анализу. Наиболее предпочтительны следующие места размещения пунктов наблюдения:

- в районе крупных населенных пунктов;

-в районах периодических аварийных и залповых сбросов загрязняющих веществ;

- в районах нереста и зимовки ценных промысловых видов рыб;

- на предплотинных участках рек;

- у пересечения рек государственной границы России;

- на крупных и средних водоёмах, интенсивно использующихся в народном хозяйстве.

В зависимости от особенностей размещения, все пункты наблюдения за качеством воды подразделяются на 4 категории:

Пункты I категории располагают на крупных и средних водоёмах и водотоках, имеющих важное народнохозяйственное значение; в районах городов с населением свыше 1 млн. жителей; в местах нереста и зимовья особо ценных видов промысловых рыб; в районах повторяющихся аварийных сбросов загрязняющих веществ; в районах организованного сброса сточных вод, в результате которых наблюдается высокая загрязнённость воды.

Пункты II категории устраивают на водоёмах и водотоках в районах городов с населением от 0, 5 до 1 млн. жителей; на предплотинных участках рек; в местах организованного сброса дренажных сточных вод с орошаемых территорий и промышленных сточных вод; при пересечении реками Государственной границы.

Пункты III категории располагают на водоемах и водотоках в районах городов с населением менее 0, 5 млн. жителей; на замыкающих участках больших и средних рек; в устьях загрязненных притоков больших рек и водоёмов; в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается низкая загрязнённость воды.

Пункты IV категории устанавливают на незагрязненных участках водоёмов и водотоков, на водоёмах и водотоках, расположенных на территориях государственных заповедников и национальных парков. На этих пунктах контролируется фоновая (естественная) концентрация различных загрязняющих веществ в воде.

2 этап: выбор программы наблюдения за качеством воды на данном пункте. При выборе программы наблюдений необходимо учитывать категорию данного пункта, целевое использование данного водоёма, химический состав сбрасываемых сточных вод. Наблюдения на пунктах могут вестись либо по обязательной программе (ОП), либо по одной из трех сокращенных программ (ПС1, ПС2, ПС3).

Обязательная программа (ОП) включает в себя наблюдения за следующими показателями:

- гидрологические показатели: расход воды и скорость её течения (если наблюдения ведутся на реке), уровень воды (если наблюдения ведутся на озере или водохранилище); температура, цветность, прозрачность и запах воды;

- гидрохимические показатели: водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал Eh, концентрация ионов кальция, магния, натрия, калия, железа, кремния, хлористых, сульфатных, гидрокарбонатных, нитритных и нитратных ионов, концентрация наиболее распространенных техногенных загрязнителей (нефтепродукты, СПАВ, пестициды, тяжёлые металлы), биохимическое потребление кислорода за 5 суток (БПК5);

- гидробиологические показатели: общее количество особей фитопланктона и зоопланктона, наблюдаемых в пробе воды, количество особей по отдельным видам, общая биомасса, биомасса по отдельным видам, микробиологические показатели.

Наблюдения по обязательной программе проводятся 7 раз в год, в основные фазы водного режима: в половодье (в начале, на пике и на спаде), в летнюю межень (при наименьшем расходе воды и при паводке), осенью (перед ледоставом) и во время зимней межени (низкий уровень воды). При этом количество проб воды, взятых на данном пункте, зависит от особенностей водного режима данной реки:

- на водотоках с длинным (больше месяца) половодьем берут по 7 проб;

- на водотоках с устойчивой летней меженью и слабым осенним подъемом воды - 5- 6 проб;

- на пересыхающих водотоках - 3- 4 пробы.

Помимо обязательной программы наблюдений, существуют 3 вида сокращенных программ: ПС1, ПС2 и ПС3. Они подразумевают наблюдение за меньшим перечнем параметров, чем при наблюдениях по обязательной программе. Наблюдения по сокращенным программам ведутся в промежутках между наблюдениями по обязательной программе.

Сокращенная программа 1 вида (ПС1) включает в себя наблюдения за расходом воды на водотоках, уровнем воды на водоёмах, температурой воды, удельной электропроводностью и концентрацией растворенного кислорода.

При сокращенной программе 2 вида (ПС2) ведут наблюдения за теми же параметрами, что и в ПС1, а также - наблюдения за водородным показателем рН, концентрацией взвешенных веществ, БПК5, концентрациями 2-3 загрязняющих веществ, приоритетных для данного водного объекта.

При наблюдениях по сокращенной программе 3 вида (ПС3) наблюдают за теми же параметрами, что и в ПС2, но вместо концентрации 2-3 приоритетных загрязнителей - измеряют концентрации всех загрязняющих веществ, присутствующих в данном водном объекте.

При ведении на пунктах наблюдений за гидробиологическими показателями также используются различные варианты программ наблюдений. Существуют полная и сокращенная программы гидробиологических наблюдений.

Полная программа гидробиологических наблюдений включает в себя:

- наблюдения за различными видами планктона и зообентоса (подсчитывается общее количество организмов, общее количество видов, общая биомасса и пр.);

- определение микробиологических показателей (общее количество бактерий в пробе воды, количество сапрофитных бактерий и пр.);

- изучение фотосинтеза и процессов распада органического вещества.

Сокращенная программа гидробиологических наблюдений предусматривает только наблюдения за различными видами планктона и зообентоса.

3 этап: установление количества створов в данном пункте наблюдения.

Створ - это условное поперечное сечение водоёма или водотока, в котором производится комплекс работ по взятию пробы воды. Один отдельный пункт наблюдения может содержать как 1 створ, так и несколько.

На водоёмах с интенсивным водообменом устанавливают минимум 3 створа: один - выше источника загрязнения, и не менее двух - ниже источника. Верхний (первый) створ располагают в 1 км выше источника; показатели качества воды, наблюдаемые на этом створе, считаются фоновыми. Чтобы оценить уровень загрязнения данного водного объекта, с этими показателями сравнивают показатели качества воды, наблюдаемые на створах, расположенных ниже источника сбросов. Место для нижних створов выбирают так, чтобы они располагались в месте достаточно полного (не менее 80 %) смешения сточных вод с водой данного объекта.

На водоёмах с замедленным водообменом устанавливают не менее 4 створов: первый - выше источника загрязнения, второй - в месте сброса сточных вод, третий - на расстоянии 500 метров ниже по течению от места сброса сточных вод, и четвертый - за границей зоны загрязнения.

Если ведётся наблюдение за группой источников загрязняющих сбросов, то при необходимости можно разместить между ними дополнительные створы, которые позволят оценить вклад каждого отдельного источника в общий объем загрязняющих сбросов.

По одному створу можно устанавливать на тех водных объектах, где отсутствует организованный сброс сточных вод, а также - на предплотинных участках рек и в местах пересечения рекой государственной границы России.

Створ имеет сложную структуру, он подразделяется на горизонты и вертикали. Вертикаль створа - это условная отвесная линия, проведённая от поверхности воды (льда) до дна реки или озера. На этой вертикали располагаются горизонты - точки на вертикали (по глубине), из которых берутся пробы воды. Количество вертикалей в створе зависит от типа водоёма и особенностей загрязнения воды.

Для рек с неоднородным химическом составом воды - в створе намечают 3 вертикали: в 3-5 метрах от правого и левого берега, и третью вертикаль, расположенную на фарватере (Часть водного пространства, достаточно глубокая для прохода судов). При однородном химическом составе воды будет достаточно только одной вертикали, размещенной на фарватере. Для замкнутого водоёма (озеро, водохранилище и т. п.) в каждом створе устанавливается только одна вертикаль. Количество горизонтов, лежащих на вертикали, зависит от глубины исследуемого водного объекта.

4 этап: отбор проб воды и проб донных отложений.

Для отбора проб воды используется батометр Молчанова ГР-18, представляющий собой 2 соединённые между собой колбы, дополненные термометром для замера температуры воды. Для взятия проб донных отложений используют щупы или дночерпатели. Для оценки кислотности воды используют pH-метр. Для изучения химического состава пробы воды используют приборы, действие которых основано на различных контактных методах ведения мониторинга:

- метод титрования (оценивается химическое потребление кислорода (ХПК));

- ионная хроматография (оценивается концентрация сульфат- и сульфид-ионов);

- электрохимический метод (определяется содержание растворенного в воде кислорода);

- метод газовой хроматографии (определяется концентрация различных химических веществ);

- фотометрический метод (определяется концентрация нитрат-ионов и ионов аммония).

В настоящее время для оперативного исследования проб воды часто используют автоматические анализаторы - приборы, позволяющие проводить анализ пробы в автоматическом режиме и сразу по многим параметрам. При изучении гидробиологических характеристик пробы воды используют следующие методы:

- при исследовании фитопланктона пробу фильтруют через мелкопористые мембранные фильтры и подсчитывают количество особей, осевших на фильтре, количество представленных в осадке видов, рассчитывают их биомассу. Для подсчётов используют микроскоп и определитель (каталог) видов фитопланктона;

- при исследовании зообентоса для отбора образцов используют планктонные сети и планктоночерпатели. После отбора и обработки пробы производят видовой анализ присутствующих в ней организмов с помощью определителей.