Geum.ru

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


4.2. Нормирование содержания загрязняющих веществ в воде
5.2. Определение экологического статуса Куйбышевского водохранилища и экологического риска его функционированию
5.3. Анализ риска здоровью населения при поступлении в организм загрязняющих веществ с питьевой водой и рыбой
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7

4.2. Нормирование содержания загрязняющих веществ в воде


Существующая оценка качества воды с помощью рыбохозяйственных ПДК не выявляет основные факторы риска для функционирования биотической составляющей экосистемы Куйбышевского водохранилища: отсутствие превышения содержания биогенных соединений при устойчивой тенденции к эвтрофированию, непревышение содержания в воде Сd и Pb, которые представляют наибольшую опасность по показателю биоаккумуляции в ихтиофауне. Неудовлетворенность существующей нормативной базой в отношении оценки качества воды привела к поиску методов определения более адекватных современному запросу нормативов. Один из общепринятых подходов в установлении региональных нормативов - определение фона, обусловленного геохимическими, литосферными особенностями бассейна, это, прежде всего, касается соединений природного происхождения (табл. 14). В основе второго, биотического подхода, лежит система экологического нормирования, которая предполагает учет предельно допустимой нагрузки на экосистему, т.е. нагрузки, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. Согласно биотическому подходу оценка экологического состояния проводится по комплексу биологических показателей (Израэль, 1984; Левич, 1994; Булгаков, 2003; Беляев, 2006).

В соответствии с биотической концепцией нормирования и полученными зависимостями между качественным составом абиотической среды и характеристиками сообществ был рассчитан уровень содержания ряда загрязняющих веществ, сверх которого возможно ухудшение рассмотренных выше биотических параметров экосистемы (табл. 14), что позволяет откорректировать рассчитанные на основе биогеохимического подхода экологически безопасное содержание загрязняющих веществ. Рассчитанные геохимическим методом значения находятся на уровне или ниже действующих на сегодняшний день ПДК для БПК5, азота аммонийного, нитратов, сульфатов, Cr. Для фенолов, нефтепродуктов, железа об. и Zn фоновые значения выше ПДК. Для ряда ингредиентов требуется более жесткий подход к нормированию и установление экологически безопасного уровня (ЭБУ) содержания. К таким веществам относятся, прежде всего, биогенные соединения, ответственные за состояние экологического регресса под действием эвтрофирования (фосфаты и в меньшей степени нитриты), а также СПАВ. Для тех, соединений, для которых не выявлено влияние на биотические показатели, возможно установление нормативов на уровне фоновых концентраций (диапазона концентраций), значения которых выше ПДКрх.

Таблица 14. Рассчитанные нормативы содержания загрязняющих веществ (мг/л) в воде Куйбышевского водохранилища (фоновые и на основе биотической концепции2)) в сравнении с величинами ПДК

Показатель
Сф1)
ЭБУ2)
ПДК

БПК5
2,11



2,0

Азот аммонийный
0,27



0,39

Азот нитритов
0,021
0,002-0,07 (среднее 0,020)

0,02

Азот нитратов
0,24



9,1

Фосфаты
0,08
0,07-0,1
0,15

Фенолы
0,003



0,001

Нефтепродукты
0,096



0,05

СПАВ
0,017
0,05
0,1

Железо об.
0,41



0,1

Медь
0,005
0,001-0,002
0,001

Цинк
0,015
0,01-0,012
0,01

Хром6+
0,001



0,02

Сульфаты
68,5



100

Примечание. 1); где -среднее значение концентрации, δ - среднее квадратическое отклонение концентрации, tSt - коэффициент Стьюдента при P = 0,95, n- число данных по ингредиенту; ЭБУ2) – экологически безопасный уровень по наиболее чувствительной группе гидробионтов (зоопланктон – ИВРч, фитопланктон - численность, биомасса; зообентос - биомасса ракообразных, пиявок; рыбы - планктофаги).

Для совершенствования нормативной базы в области нормирования качества воды, для вхождения в единое нормативное пространство со странами Европейского Союза и в развитие методологии определения целевых показателей качества воды (ЦПКВ) как основы бассейнового принципа управления водопользованием (Водный Кодекс, ст. 35) в данной работе разработан алгоритм, представленный в виде схемы (рис. 22).

На первом этапе устанавливается экологическое состояние водоема с позиций адаптационных возможностей биотической составляющей, после чего - в случае удовлетворительного статуса в качестве ЦПКВ используются значения геохимического фона или - при определении состояния дестабилизации экосистемы - рассчитываются нормативы по показателям, ответственным за наблюдаемые отрицательные эффекты. Для соединений двойного генезиса, для которых не выявлено отрицательное влияние на биотические показатели, возможно установление нормативов на уровне фоновых концентраций (диапазона концентраций).

Рассчитанные допустимые значения (ЦПКВ) содержания ряда загрязняющих веществ в воде экологически обоснованы с точки зрения благополучия бентосного, планктонного сообществ, аккумуляции металлов в рыбе и установления экологического состояния водоема в целом.

Предлагаемые региональные нормативы ЦПКВ и ПДУДО могут быть встроены в общую систему эколого-токсикологических нормативов, направленных на рациональное использование и управление качеством водных ресурсов.

Рис. 22. Схема расчета нормативов качества воды

Глава 5. Критерии оценки экологического риска для устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища

5.1. Индекс экологического состояния экосистемы (ИЭС)

Состояние биологической системы оценивается по некоторым частным показателям, в изменении которых находит отражение преобладание деструктивных или адаптивно-компенсаторных процессов (Филенко и др., 2005). В данной работе обосновывается метод экспертной оценки статуса (потенциала) водохранилищ, который представляет собой наиболее простой способ выявления экологического неблагополучия в водных экосистемах посредством фиксации наличия или отсутствия в ней определенных, чувствительных к комплексным и специфическим загрязнениям, индикаторных организмов.

При экспертной оценке использовали, прежде всего, хорошо зарекомендовавшие себя классификаторы качества вод, разработанные Росгидрометом (Организация и проведение…, 1992), предложенные в литературе гидробиологами С.С. Бариновой (Оценка…, 1992), Т.Д. Зинченко (Выхристюк и др., 2001; Зинченко и др., 2000; Головатюк и Зинченко, 2006), А.И. Бакановым (Баканов, 1999; 2000; Баканов и др., 1998) и Е.В. Балушкиной (Балушкина, 1997; 2001), а также предлагаемые в данной работе по совокупности многолетних экспериментальных данных классификаторы.

В основу расчета положены следующие количественные показатели.

1. Подындекс, характеризующий качество воды (ИХС) через гидрохимические показатели конкретного водохранилища:
, где Hi и Nh – соответственно относительная оценка по 4-балльной шкале используемых гидрохимических показателей (БПК5, азот аммонийный, азот нитритов, азот нитратов, фосфаты, фенолы) и количество анализируемых гидрохимических показателей и ингредиентов (Зинченко с соавт., 2000; Выхристюк и др., 2001; Гелашвили с соавт., 2002).

2. Подындекс биотического состояния фитопланктона и зоопланктона (ИБСi):
, где Bi – относительная оценка используемых биологических показателей по 4-балльной шкале; Nb – количество анализируемых биологических показателей.

ИБСф - индекс биологического состояния по фитопланктонному сообществу (показатель - биомасса фитопланктона); ИБСз - индекс биологического состояния по зоопланктонному сообществу (показатели - ИВР, коэффициент трофии, показатель трофности, индекс сапробности).

3. Подындекс ИБСб, характеризующий состояние донных отложений (определяется в соответствии с триадным методом (Chapman, 1986; Guchte, 1992; Deckere et al., 2000));

4. Подындекс ИБСр (показатель биологического состояния рыб), характеризующий патологоанатомическое состояние рыб (Аршаница, Лесников, 1987);

5. Подындекс ИЗН, характеризующий состояние здоровья населения, оценивается через превышение среднего уровня заболеваемости по основным экологозависимым классам заболеваний относительно фонового уровня.

Для оценки интегральной величины ИЭС водоема перечисленные количественные показатели предлагается нормировать в единой шкале с приданием каждому из них определенного статистического веса (ki) с учетом региональных особенностей:



По значению ИЭС можно оценить качество воды, экологический статус (потенциал) и экологический риск устойчивого функционирования водохранилища в соответствии с таблицей 15.

Таблица 15. Классификация качества воды, экологического статуса (потенциала) водохранилища и экологического риска его функционированию по показателям ИЭС



Значение ИЭС

Качество воды
Характеристика

экологического

статуса /потенциала
Классификация экологического риска

1,0-2,0
Чистая

Хороший / высокий
Низкий

2,1-3,0
Умеренно-

загрязненная

Удовлетворительный / хороший
Умеренный

3,1-4,0
Загрязненная

Неудовлетворительный

/низкий
Повышенный

>4,0
Грязная

Плохой /

чрезвычайно низкий
Высокий



5.2. Определение экологического статуса Куйбышевского водохранилища и экологического риска его функционированию

Разработанная методология и предложенный экспериментально-расчетный способ определения индекса экологического статуса водохранилища как интегрального критерия оценки экологического риска апробирован на примере Куйбышевского водохранилища.

При оценке экологического состояния экосистем Куйбышевского водохранилища использовали комплексные показатели (табл. 16), каждому из которых присваивали весовые коэффициенты, зависящие от конкретных региональных условий (уровня связи с содержанием загрязняющих веществ, социальной и экологической значимости показателя).

Наибольший вклад в значение ИЭС Куйбышевского водохранилища вносят интегральные показатели, характеризующие фитопланктонное и бентосное сообщества. Первый – представляет собой ответ на наблюдаемое эвтрофирование водохранилища, а второй – показатель опасности токсичных веществ, накопленных в донных отложениях за время существования Куйбышевского водохранилища. Примененный в данной работе триадный метод выявил взаимосвязь между уровнем загрязнения донных отложений и наблюдаемым обеднением видового разнообразия бентосного сообщества за счет токсического воздействия. Очевидно, что донные отложения выступают как источник поступления токсичных и биогенных веществ в воду, а также фактором риска накопления металлов (Zn и Pb) в высших звеньях пищевой цепи – рыбе. Подындекс, характеризующий состояние макрозообентоса (ИБСб), вносит наибольший вклад в ИЭС нижних плесов Куйбышевского водохранилища.

Таким образом, по оцененному показателю ИЭС (3,0-3,3) Куйбышевское водохранилище характеризуется низким экологическим потенциалом и повышенным уровнем риска.

Таблица 16. Количественные данные для расчета индекса экологического состояния (ИЭС) Куйбышевского водохранилища по плесам


Плесы
Комплексные показатели

ИЭС

ИХС
ИБСф
ИБСз
ИБСб
ИБСр
ИЗН

Весовой коэффициент (ki)
2
1
1
1
1
2



Волжский

2,5
4,0
3,0
2,8
2,6
1,0
3,2

Камский
2,6
3,0
2,5
2,5
2,6
1,0
3,0

Волжско-Камский
2,0
3,0
3,0
3,3
2,6
0,9
3,0

Тетюшский
2,0
4,0
3,3
3,7
2,5
1,1
3,3

Ундорский
2,0
3,0
2,3
3,2
2,5
Н.д.
3,0

Ульяновский
2,7
3,0
1,5
3,5
2,5
Н.д.
3,2

Приплотинный
2,5
3,0
2,5
3,1
2,5
Н.д.
3,2

Куйбышевское водохранилище в целом
2,3
3,3
2,3
3,2
2,5
1,0
3,1

Примечание. Н.д. - нет данных

5.3. Анализ риска здоровью населения при поступлении в организм загрязняющих веществ с питьевой водой и рыбой

Канцерогенные вещества (ПАУ, ПХБ и пестициды) не были выявлены в составе воды Куйбышевского водохранилища, поэтому характеристика риска в отношении веществ, не обладающих канцерогенным эффектом, проводили путем сопоставления фактического суточного воздействия (суточной дозы) с величиной референтной дозы (RfD) (Chemical risk assessment, 2001; Ревич и др., 2004; Евгеньев и Евгеньева, 2007).

Оценка риска воздействия неканцерогенных соединений производили при помощи расчета индекса риска (ИР): ИР=СДД/RfD (5),

где СДД – средняя дневная доза; RfD - референтная доза из базы данных интегрированной информационной системы о рисках и таблиц оценки эффекта (IRIS/HEAST) на здоровье (ссылка скрыта).

(6),

где Сi – концентрация химического вещества в среде (воде) в мг/кг; Vi - объем носителя химического вещества, контактирующего с организмом человека в течение дня (2 л); t – продолжительность периода контакта, лет; T – продолжительность усредненного периода, лет; M – масса тела, кг. Расчет риска проводили для условия пожизненного (70 лет) потребления воды человеком массой 70 кг.




Полученная суммарная величина индекса риска значительно меньше 1, что свидетельствует о допустимом содержании исследованных загрязняющих веществ в воде источника питьевого водоснабжения.

Как было показано выше, содержание устойчивых токсикантов канцерогенного действия, таких как ПАУ, ПХБ и пестицидов, в рыбе определялось в следовых количествах или выявлялось эпизодически. Поэтому последующий анализ риска был проведен для токсичных металлов, содержащихся в мышцах рыб.

При расчете средней суточной дозы использовали концентрации (Сi) химического вещества в среде (рыбе) в мг/кг, Vi - объем носителя химического вещества, контактирующего с организмом человека в течение дня (по нормативам ЕРА (ЕРА/630/R-00/002) разовое суточное потребление рыбы составляет 113 г); расчет риска проводился для условия пожизненного (70 лет) потребления рыбы человеком массой 70 кг.



Полученное значение индекса риска показало, что потребление рыбы с установленным содержанием металлов в мышцах, является безопасным для населения.

Суммарный индекс риска для населения, употребляющего питьевую воду и рыбу из Куйбышевского водохранилища, составляет ИР=0,62. Полученная величина риска не представляет серьезной угрозы здоровью населения, однако отмеченные сезонные всплески численности синезеленых водорослей (602,8-951,7 тыс. кл/мл) в соответствии с нормативами ВОЗ представляют повышенный уровень риска воздействия цианотоксинов и требуют применения дополнительных мер по очистке питьевой воды или поиску альтернативных источников водоснабжения.

Copyright © 2023. All rights Reserved.