Спосіб оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об`єктів

1. Спосіб оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об'єктів, відповідно до якого за даними наземних спостережень визначають еколого-гігієнічний ризик, для чого сумісно використовують комплекс екологічних та гігієнічних показників "цвітіння води", у тому числі хлорофіл та біомасу токсичних видів водоростей, і на основі значень сумарного показника ступеня "цвітіння води" визначають рівень еколого-гігієнічного ризику евтро фування поверхневих вод, який відрізняється тим, що додатково за даними дистанційного зондування Землі із космосу визначають коефіці U 2 (19) 1 3 37626 стачання призводить до збільшення ризику здоров'ю людини в першу чергу за рахунок негативного впливу значних концентрацій у воді токсинів та метаболітів водоростей (гафська хвороба, кон'юнктивіти, алергія, токсикози, поразки печінки й ін.); під впливом значних концентрацій у воді нітратів, нітритів, канцерогенних нітрозоамінів; у результаті суп утнього «цвітінню» біологічного забруднення вод - бактеріального, вірусного, грибкового (холера, гастроентерити, лямбліози, енцефаліти й ін.), а також підвищення ризику утворення шкідливих речовин у процесі обробки води по існуючих технологіях (наприклад утворення діоксинів при хлоруванні води, забрудненої фенольними сполуками). Усе викладене вище свідчить про екологосоціальну значність проблеми антропогенного евтрофування поверхневих вод та обґрунтовує необхідність узгодження соціальних, екологічних та економічних потреб водокористування, що є складовим елементом забезпечення досягнення сталого розвитку країни. Відомий спосіб оцінки якості поверхневих вод джерел господарсько-питного водоспоживання за хімічними, бактеріологічними та біологічними показниками [ГОСТ 2761-84 Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. М: Госстандарт, 1984. - 14с.] Недоліком цього способу оцінки якості вод є те, що він не дозволяє проаналізувати екологічний та гігієнічний ризики евтрофування водних об'єктів, крім того використання в класифікації лише трьох градацій якості вод робить оцінку недостатньо чутливою. Відомий спосіб оцінки якості поверхневих вод, який передбачає обчислювання екологічного індексу якості вод на основі значень трьох індексів за відповідними групами (блоками) показників: сольового складу, трофо-сапробіологічних і вмісту речовин токсичної та радіаційної дії та рівня токсичності [Романенко В.Д., Жукинський В.М., Оксіюк О.П. та інш. Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями. К.: Символ-Т, 1998. 26с]. Недоліком прототипу є те, що він не дозволяє оцінити рівень гігієнічного ризику цього явища. Відомий також спосіб визначення екологічного ризику як вірогіднішої величини, яка обчислюється як множення вірогідностей ризиків впливу окремих домішок водного середовища [Рибалова О.В., Оценка риска здоровью населения при определении приоритетности реализации природоохранных мероприятий в бассейнах малых рек//Гидрология, гидрохимия, гидроэкология. Т.4. Киев - Луцк. 2002. - с.46-50]. Однак, цей спосіб достатньо складний та трудомісткий. Крім того, він не дозволяє оцінити рівень гігієнічного ризику цього явища і в ньому не визначено комплекс показників якості вод, необхідний для забезпечення об'єктивності результатів досліджень. Враховуючи тенденцію використання концепції "припустимого ризику" у системі управління водними ресурсами у більшості розвинених країн, у основу розробки комплексної оцінки покладено 4 градації сполученого екологічного та гігієнічного ризику. Згідно даному підходу прийняття оптимального з водоохоронної точки зору рішення в галузі водокористування визначає екологічно і соціально обґрунтоване зведення до мінімуму негативного антропогенного впливу на водні екосистеми. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі за сутністю та результатом є спосіб оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об'єктів, відповідно до якого, за даними наземних спостережень визначають екологогігієнічний ризик, для чого сумісно використовують комплекс екологічних та гігієнічних показників "цвітіння води", у тому числі хлорофіл та біомасу токсичних видів водоростей і на основі значень сумарного показника ступеню "цвітіння води" визначають рівень еколого-гігієнічного ризику евтрофування поверхневих вод [див. патент України на корисну модель №11702, МПК G01N33/18]. Використання комплексу екологічних, токсикологічних та гігієнічних показників якості поверхневих вод дозволяє більш об'єктивно оцінити ризик "цвітінні" води. Однак для прийняття управлінських рішень щодо зменшення впливу евтрофування на водокористувачів контроль за станом цих поверхневих вод необхідно проводити досить часто протягом вегетаційного сезону, причому на розгалуженій мережі пунктів контролю. У зв'язку з чим, проведення таких спостережень лише наземними методами є досить коштовним і викликає суттєві організаційні труднощі. В основу корисної моделі поставлено задачу в способі оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об'єктів шля хом комплексного визначення параметрів за даними наземних та космічних спостережень стану водного об'єкту забезпечити розробку простого і точного у застосуванні комплексного способу оцінки ризику водокористування, який дозволяє оцінити можливість використання поверхневих вод в якості джерел водопостачання не тільки у теперішній час, але й у перспективі, виявити зони екологічної небезпеки, а також визначити необхідні водоохоронні заходи. Поставлена задача вирішується тим, що в способі оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об'єктів, відповідно до якого, за даними наземних спостережень визначають екологогігієнічний ризик, для чого сумісно використовують комплекс екологічних та гігієнічних показників "цвітіння води", у тому числі хлорофіл та біомасу токсичних видів водоростей і на основі значень сумарного показника ступеню "цвітіння води" визначають рівень еколого-гігієнічного ризику евтрофування поверхневих вод, згідно з корисною моделлю, додатково за даними дистанційного зондування Землі із космосу визначають коефіцієнт спектральної яскравості пікселів зображення, за якими будують матрицю даних, яку потім узгоджують з матрицею даних наземних спостережень, визначають залежність величини коефіцієнта спектральної яскравості від вмісту хлорофілу і проводять комплексну оцінку ризику водокористування з одночасним використанням комплексу екологіч 5 37626 них, гігієнічних та космічних показників. Залежність величини коефіцієнта спектральної яскравості від вмісту хлорофілу визначають методом найменших квадратів по формулі: 1 X = (lna - ln(d - Y )) , (4) b де Y - значення коефіцієнта спектральної яскравості пікселів зображення, за якими будується матриця за результатами космічних вимірювань; X - вміст хлорофілу-А у заданій області водного об'єкта де a, b, d - коефіцієнти, які визначають за даними масивів X та Y методом найменших квадратів. Комплексну оцінку ризику водокористування визначають на основі розробленої шкали визначення ризику водокористування: Використання комплексу космічних, екологічних та гігієнічних показників якості поверхневих вод, який пропонується з наступним обчислюванням чотирьох показників: коефіцієнта спектральної яскравості, трофо-сапробіологічного індексу, індексу Карлсона і гігієнічного індексу дозволяє більш об'єктивно та комплексно оцінити ризик "цвітіння" водних об'єктів як для водних екосистем, так і для здоров'я населення. Обчислювання комплексних оцінок - індексів дозволяє більш обґрунтовано визначати рівень ризику тому, що за окремими показниками водні об'єкти, як правило, можуть бути віднесені до різних класів якості вод. Запропонована оцінка досить чутлива до змін якості води, тому що використовується п'ять градацій "цвітіння" вод. Крім того вона дозволяє прогнозувати наслідки росту евтрофування водних об'єктів при збільшенні антропогенного навантаження на водні екосистеми. Таким чином, запропонований спосіб екологосоціальної оцінки ризику водокористування з поверхневих водних об'єктів в залежності від рівня їх евтрофування забезпечує одержання достовірних результатів внаслідок одночасного використання комплексу екологічних, гігієнічних та космічних показників (у тому числі нових важливих показників - біомаса токсичних видів та коефіцієнта спектральної яскравості) та розробки достатньо детальної класифікації ступеню "цвітіння" води. При здійсненні цього способу визначають комплекс екологічних, гігієнічних та космічних показників якості поверхневих вод (таблиця 1). 6 Гігієнічні Космічні Азот нітритний, мгN/дм 3 Фосфор фосфатів, мгР/дм 3 Розчинений кисень, мгО/дм 3 Розчинений кисень, % насичення Перманганатнаокислюваність,мгО/дм 3 Біхроматна окислюваність, мгО/дм 3 БСК5 мгО/дм 3 Індекс самоочищеннясамозабруднення (A/R) Чисельність бактеріопланктону, млн. кл/см 3 Чисельність сапрофітів, тис. кл/см 3 Індекс сапробності за Пантле-Букком Хлорофіл "а", мкг/дм 3 Чисельність фітопланктону, кл/см 3 Біомаса фітопланктону, мг/дм 3 Мутність, мг/дм 3 Кольоровість, градуси Запах, бали рН Залізо, мг/дм 3 Марганець, мг/дм 3 Перманганат на окислюваність, мгО/дм 3 БСК5 мгО/дм 3 БГКП, кл/дм 3 Коефіцієнт спектральної яскравості Далі для проведення наземних спостережень відбирають проби води, у яких з використанням стандартних методів гідрохімічного, гідробіологічного, токсикологічного та бактеріологічного аналізів визначають біомасу фітопланктону та токсичних видів водоростей, а також значення показників, що наведені у таблиці 1. Потім обчислюють трофо-сапробний індекс згідно з відомою екологічною класифікацією. Процедура виконання трофо-сапробної оцінки складається з наступних етапів: гр упування та обробка вихідних даних; визначення категорій якості води за окремими показниками шляхом зіставлення їх середніх значень з відповідними категоріями екологічної класифікації, перехід від абсолютних значень показників до відносних шляхом призначення показникам, що потрапили до 1-ї категорії 1 балу, 2-ї категорії - 2 балів і т.п.; узагальнення оцінок за окремими показниками шляхом розрахунку тро фосапробного індексу за формулою: n Таблиця 1 Комплекс використаних показників якості поверхневих вод Показники якості вод Екологічні Біомаса фітопланктону, мг/дм 3 Біомаса токсичних видів водоростей, % Завислі речовини, мг/дм 3 Прозорість, м РН Азот амонійний, мгN/дм 3 Азот нітратний, мгN/дм 3 å Q ij i=1 (1) N де Itcj - величина трофо-сапробного індексу у j-му створі Qi - оцінка за і-м показником у j-му створі N - загальна кількість вимірюваних показників у j-му створі Максимальне значення Іtс дорівнює 7, коли усі показники підпадають у сьому категорію якості вод. Після трофо-сапробного індексу обчислюють трофічний індекс Карлсона (Trophic State Indeks TSI), який є функцією, що залежить від концентра Itcj = 7 37626 ції вмісту хлорофілу-А (Сhl) та визначається за формулою: 8 аналогічно трофо-сапробному з використанням удосконаленої гігієнічної класифікації. Оскільки трьох класів якості води недостатньо для точної оцінки санітарного стану поверхневих вод - джерел водопостачання, додатково виділено дві проміжні градації (табл. 2). Максимальне значення гігієнічного індексу дорівнює 5, а мінімальне 1. æ 2,04 - 0,68 ln(Chl) ö It = TSI(Chl) = 10 × ç 6 ÷ , (2) ln 2 è ø Мінімальне значення трофічного індексу Карлсона дорівнює 1, максимальне - 100. Наступним розраховується гігієнічний індекс Іг Таблиця 2 Градації І Показник I-II II ІІ-ІII III бали 1 Чисельність фітопланктону, кл/см 3 Біомаса фітопланктону, мг/дм 3 Мутність, мг/дм 3 Кольоровість, градуси Запах, бали Залізо, мг/дм 3 Марганець, мг/дм 3 Перманганатна окислюваність, мгО/дм3 БСК5 мгО/дм 3 БГКП, кл/дм 3 2 3 4 5