Некоторые принципы оценки состояния водоемов

Исследования вод различной загрязненности, позволили С. М. Драчеву предложить классификацию степени загрязнения вод на основании обобщающих показателей их качества: БПКБ, окисляемости, содержания O₂, нефтепродуктов, токсических веществ, бактериологических и гидробиологических показателей. На основании численных значений этих показателей предложена следующая градация вод: 1. очень чистые; 2. чистые; 3. умеренно загрязненные; 4. грязные; 5. очень грязные. В настоящее время эта классификация общепризнанна. Она включает данные, основанные на химическом, бактериологическом, гидробиологическом исследовании водоема, что отражает современную тенденцию к всестороннему анализу состояния внешней среды. Вместе с тем величина предельно допустимой нагрузки на водоем (ПНВ) все еще устанавливается только на основании химических показателей без учета гидробиологических и бактериологических исследований.

Величина ПНВ сточных вод на водоем устанавливается такой, чтобы качество воды (по данным химического анализа) удовлетворяло требованиям водопотребителей, пользующихся водоемом ниже мест выпусков сточных вод. ПНВ на водоем должна быть таковой, чтобы с учетом содержащихся в водоеме и загрязняющих веществ, поступающих с площади водосбора, концентрация нормируемых соединений соответствовала Правилам охраны водоемов. В практике расчета ПИВ на основе критериев гигиенического и рыбохозяйственного нормирования используется уравнение материального баланса. Для этого рассчитывают сумму загрязняющих веществ, находящихся в водоеме, количество вносимого в него загрязнения и учитывают их распад ниже по течению в створе водопотребителя: у мест водозаборов, в нижнем бьефе плотины.

Правила охраны водоемов не учитывают изменения жизни водоема под влиянием выпусков сточных вод. Такими показателями могут быть определения концентрации хлорофилла, первичной продукции, характер смены одних сообществ другими. Изменения состава воды очень сильно отражаются на величине первичной продукции. Г. Г. Винберг на основании итогов исследований пресноводных водоемов показал, что первичная продукция наименее продуктивных водоемов почти в 100 раз меньше, чем наиболее продуктивных, а отношение продукции последующих трофических уровней к первичной продукции выражается сходными величинами во всех водоемах. Величины первичной продукции прямо влияют на качество воды в водоеме, ибо при большом количестве водорослей в воде появляются неприятные запахи и привкусы, увеличивается количество ОВ.

На советско-американском симпозиуме, посвященном проблеме всестороннего анализа внешней среды, была показана необходимость принятия мер по защите не только источников питьевого и хозяйственного водоснабжения, но и всей биосферы в целом. В связи с принципами всестороннего анализа внешней среды число критериев, необходимых для оценки состояния водоемов, возрастает (табл. 3).

Таблица 3. Критерии оценки состояния водоема

Принцип всестороннего анализа внешней среды начинает реализовываться при решении конкретных водохозяйственных задач. Все водохозяйственные проекты теперь содержат раздел, посвященный охране природы, Гидрометслужба при Совете Министров СССР организует две системы контроля за состоянием водоемов: гидрохимическую и гидробиологическую: гидробиологические лаборатории будут систематизировать данные о влиянии антропогенного воздействия на реакцию, состояние и целостность организмов водных сообществ. В правилах охраны водоемов учитываются санитарные и рыбохозяйственные требования к чистоте вод в отношении концентрации в них металлов и ОВ промышленного синтеза. Разработаны гигиенические предельно допустимые концентрации (ПДК) для 500 соединений. Они дополняются рыбохозяйственными ПДК для ряда соединений, но не учитываются содержания общего азота и фосфора, калия, с которыми в значительной мере связано антропогенное евтрофирование водоемов. Не учитывается количество всех бактерий, а только их от дельные группы, растущие на специальных средах. Их число характеризует фекальное загрязнение вод.

Не учитывается гетеротрофная ассимиляция CO₂ (показатель биохимической активности бактерий). Под этим процессом понимают использование бактериями углекислоты при одновременном усвоении органического вещества. Бактериологический анализ воды водоемов должен быть значительно шире, чем сейчас.

Назрела необходимость в более широком привлечении биологических критериев оценки качества воды, сделать их нормативными и ввести в государственные стандарты и ведомственные правила. В чем особенности биологических критериев оценки качества воды? Они дают более обобщенные данные о состоянии водоема, чем химические показатели. С помощью биологических критериев можно найти интегральный подход к оценке состояния водоема, когда ни одна отдельно взятая величина не достигает ПДК, а сумма эффектов антропогенных воздействий (антропогенное евтрофирование, изменения сапробности) превышает некоторую величину допустимого ущерба для водоема в целом. Уже вырабатываются принципы количественной оценки самоочищения на основании санитарно-бактериологических и гидробиологических показателей.

На первом советско-английском семинаре по контролю количества поверхностных вод с помощью гидробиологических показателей (1976) Ф. Вудивис и Дж. М. Халлайуэлл представили английскую систему биологического анализа вод. Она включает три критерия гидробиологических показателей:

1. Индексы загрязнения устанавливаются по наблюдениям за ответными реакциями организмов или сообществ на известные загрязняющие вещества.

2. Индексы видового разнообразия можно использовать при оценке нарушений количественного соотношения отдельных видов водных организмов вследствие воздействий на окружающую среду.

3. Сравнительные индексы можно использовать для измерения различий между наблюдаемыми сообществами водных организмов и теми, которые существуют при известных условиях изменения среды обитания.

Отечественные гидробиологи работают в аналогичном направлении. Например Ф. Д. Мордухай-Болтовской и И. К. Ривьер показали, что если черви олигохеты преобладают над другими видами, значит в донных отложениях наблюдается избыток органического вещества. Существует слабая положительная связь между величиной биомассы олигохет и содержанием нефтепродуктов в донных отложениях. Низкие величины индекса видового разнообразия, рассчитанные по Шейному - Уиверу, свидетельствуют о большом загрязнении донных отложений соединениями производственных стоков.

Олигохеты механически перерабатывают грунт, и с увеличением в нем органических веществ их численность возрастает до десятков тысяч экземпляров. На начальных стадиях загрязнения водоема увеличивается содержание копепод. Поэтому О. Л. Качалова и З. А. Перелес предлагают использовать для определения нагрузки органических веществ на водоем численность олигохет и моллюсков, постоянных обитателей дна водоема.

Нарушение процессов продукции и деструкции в водоемах с напряженными процессами самоочищения приводит к изменению пищевых взаимоотношений между организмами, накоплению неразложившихся веществ. Концентрация поступающих органических веществ может быть выше, чем распадающихся. Возникает ситуация, типичная для "концентрированных сред" органических веществ: несмотря на увеличение численности некоторых организмов и общего числа бактерий, процесс окисления органического вещества тормозится, оно перерабатывается не до конца. М. Ф. Ярошенко считает, что уменьшение концентрации органических веществ в 2 раза в предплотинной части водохранилища ускоряет процесс самоочищения. Специалисты, изучающие самоочищение на малых реках Латвии, пришли к выводу, что разбавление сточных вод в соотношении 1:40 обеспечивает бактериальную деструкцию органических веществ; оптимальные условия самоочищения наблюдались при разбавлении 1:130.

Влияние соединений сточных вод на фауну и флору водоемов, как правило, распространяется значительно дальше мест постоянного загрязнения. О. М. Кожова с сотрудниками назвали участок непосредственного загрязнения "пятном устойчивого загрязнения". Вокруг него создается "зона повышенной способности к самоочищению". Там наблюдается повышенная численность бактерий и значительная биомасса животных. Однако изменения в видовом составе зоопланктона проявляются на значительно большей площади водоема. Аналогичное явление отмечено на Иваньковском и отдельных участках Рыбинского водохранилищ. Даже на весьма отдаленных от мест поступления сточных вод участках обнаружены виды зоопланктона (ветвистоусый рачок моина), селящиеся в местах, которые богаты органическим веществом.

В "мертвой зоне" интенсивного загрязнения, прилегающей непосредственно к местам выпусков сточных вод, продукционные процессы и состояние организмов водного биоценоза резко подавлены, хотя численность отдельных групп бактерий может быть высокой. Максимальная численность бактерий наблюдается после резкого падения концентрации загрязняющих веществ. Вслед за этим значительно возрастает численность зоопланктона, питающегося бактериями. Вспышки высокой численности бактерий и зоопланктона обнаруживаются на участках водоема, где концентрации нормируемых соединений соответствуют ПДК или ниже ПДК. Это ответная реакция организмов водного биоценоза на изменения содержания в воде биогенных элементов и органического вещества. На первом советско-американском симпозиуме по всесторонней оценке окружающей среды состояние таких участков оценивалось как "несущественное ухудшение качества воды".

В. И. Романенко проанализировал общую численность бактерий за 18 лет в Рыбинском водохранилище и обнаружил их рост, в то время как другие биологические признаки загрязнений не выражены.

Биологическая продуктивность водоемов и чистая вода - две стороны единой водохозяйственной проблемы. Использование соединений очищенных сточных вод и образующихся в водоеме в результате евтрофирования органических веществ как пищевого ресурса представляет собой наиболее экономичное решение проблемы улучшения качества воды. Выращивание растительноядных рыб, моллюсков, высшей водной растительности повышает не только продуктивность водоема, но и способствует самоочищению.

Работы по использованию природных факторов для улучшения качества воды осуществлены А. В. Францевым на Учинском водохранилище. Укргидропроект при реконструкции Кременчугского водохранилища учел роль мелководий как фактора, ускоряющего самоочищение. В южных районах страны биологические процессы увеличения биомассы как ответной реакции на внешние влияния нарастают почти на порядок быстрее, чем в районах с умеренным и холодным климатом. Быстрое зарастание мелководий на юге высшей водной растительностью способствует изъятию из воды солей азота и фосфора и на 30 - 40% снижает уровень цветения. Этот пример показывает, что разработка мер по охране водоемов от загрязнения должна строиться на региональной основе. В экстремальных условиях использования водоемов может происходить быстрая смена сообществ (биоценотические сукцессии), доминирующее развитие одного или нескольких видов за счет других более ценных видов. Поэтому участие биологов должно быть обязательным в каждом проектируемом, строящемся и эксплуатируемом водохозяйственном объекте. Однако проблемы чистой воды - это не только биологические проблемы, но и географические, медицинские, инженерные. Изучать и решать их необходимо комплексно. Еще существующие междуведомственные преграды не должны служить препятствием для их решения.

Каждая большая или малая река, водохранилище, озеро, пруд, ручей вне зависимости от того, используются ли водоёмы для нужд сельского хозяйства или питьевых целей, рыболовства или судоходства, должны быть чистыми, потому что здоровая жизнь возможна только на чистой земле.