Глава 7.Экологические исследования гидросферы

Состояние поверхностных и подземных вод

 

По обеспеченности водными ресурсами Беларусь находится в благоприятных условиях. Имеющиеся ресурсы природных вод вполне достаточны для удовлетворения как современных, так и перспективных потребностей страны в воде. Водообеспеченность на одного жителя Беларуси составляет 3, 6 тыс.м³, в том числе подземными водами 1, 4 тыс.м³. Это выше, чем в Англии (2, 6 и 1, 0 соответственно), Нидерландах (0, 7 и 0, 25) и Украине (1, 0 и 0, 2). Cамые высокие показатели обеспеченности водой имеют Норвегия (89, 0 и 27, 5) и Россия (9, 0 и 2, 0).

Поверхностные водные ресурсы представлены, главным образом, речным стоком, который в средние по водности годы составляет 57, 9 км³ (таблица 7.1). Около 55% годового стока приходится на реки бассейна Черного моря и, соответственно, 45% — Балтийского. В многоводные годы общий речной сток увеличивается до 92, 4 км³, а в маловодные (95% обеспеченности) снижается до 37, 2 км³ в год.

Таблица 7.1.

Ресурсы речного стока в разрезе бассейнов основных рек Беларуси

 

Бассейн реки	Водные ресурсы в средний по водности год, км3/год
	формирующиеся в пределах страны	суммарные
Западная Двина (вкл. р. Ловать)	6, 8	13, 9
Неман (искл. р. Вилия)	6, 6	6, 7
Вилия	2, 3	2, 3
Западный Буг (вкл. р. Нарев)	1, 4	3, 1
Днепр	11, 3	18, 9
Припять	5, 6	13, 0
Всего	34, 0	57, 9

Большая часть речного стока (34 км³ или 59%) формируется в пределах страны. Приток воды с территории соседних государств (России и Украины) равен 23, 9 км³ в год (41%). Общий объем воды, аккумулированный в озерах республики, достигает 6-7 км³, а в 153 водохранилищах — 3, 1 км³.

Пресные подземные воды являются одним из наиболее ценных возобновляемых природных ресурсов. Они распространены на территории Беларуси повсеместно. Их естественные ресурсы составляют 15, 9 км³ в год, прогнозные — 18, 1 км³ в год, причем более половины из них гидравлически связаны с речными. Величина естественных и прогнозных ресурсов зависит от условий формирования подземных вод, которые наиболее благоприятны в центральной, северо-восточной и западной частях страны.

По состоянию на 2015г. в стране разведано 256 месторождений и участков подземных вод с общими эксплуатационными запасами 6586 тыс. м³/сут, или 13% от суммы прогнозных ресурсов. Распределение ресурсов и запасов подземных вод по бассейнам основных рек представлено в таблице 7.2. Эксплуатируются в основном неглубоко залегающие (50-200 м) водоносные горизонты, имеющие тесную гидравлическую связь с вышележащими горизонтами подземных вод и поверхностными водотоками.

Таблица 7.2.

Ресурсы и запасы подземных вод в бассейнах основных рек Беларуси

 

 

Бассейны рек	Прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод, тыс. м3/сут	Количество участков месторождений	Разведанные эксплуатационные запасы подземных вод по категориям, тыс. м3/сут
			А	В	С1	С2	Всего
Зап. Двина	8141, 2	26	332, 3	223, 3	194, 8	-	750, 4
Днепр	15144, 8	ИЗ	1612, 6	977, 6	372, 12	10, 0	2972, 32
Припять	10278, 4	45	508, 1	383, 8	122, 7	41, 0	1055, 6
Неман	9629, 3	46	452, 56	486, 64	209, 5	10, 0	1158, 7
Вилки	4589, 0	14	134, 0	125, 3	40, 1	-	299, 4
Зап. Буг	1813, 3	12	205, 25	122, 65	22, 2	-	350, 1
Всего:	49596, 0	256	3244, 81	2319, 29	961, 42	61, 0	6586, 52

Наиболее крупные месторождения подземных вод с разведанными запасами более 40-50 тыс. м³/сут расположены в районах крупных промышленных центров и населенных пунктов Минской, Гомельской, Витебской и Гродненской областей.

Использование природных вод

Начиная с 90-х годов ХХ в. прослеживается тенденция к снижению объемов забора воды как из поверхностных, так и подземных источников. Забор воды из природных водных объектов Республики Беларусь в 2015г. составил 1791 млн. м³ (в 2000г. — 1883 млн.м³), в том числе из поверхностных водных объектов —- 753 млн.м³, из подземных — 1038 млн. м³ (таблица 7.3). Самым крупным потребителем воды среди городов страны является г. Минск, в пределах которого в 2014г. использовано 263 млн.м³, в том числе на хозяйственно-питьевые нужды — 210 млн. м³ и 53 млн.м³ на производственные нужды. В других крупных городах использованы следующие объемы воды: в Бресте — 38, 3 млн. м³ (забрано — 44, 8); в Витебске — 44, 3 млн. м³ (забрано — 53, 6); в Гомеле — 72, 0 млн. м³ (забрано — 80, 5); и Гродно — 69.9 млн.м³ (забрано — 73, 3); в Могилеве — 67, 9 млн.м³ (забрано — 78, 0). Наибольший объем воды в 2004 г. для использования забран в бассейне р. Днепр — 1092 млн.м³, в т. ч. в бассейне р. Березина — 443, р. Припять — 362 млн.м³.

Использование воды на хозяйственно-питьевые нужды остается основной составляющей в использовании свежей воды по республике. Суточное водопотребление на одного жителя республики уменьшилось только за 10 лет на 30 литров и составило 150 литров в 2015г. Вместе с тем, потребление питьевой воды на душу населения по городам республики  выше, чем в большинстве стран Европы (100-120 л в сутки). Наибольшее удельное водопотребление на хозяйственно-питьевые нужды отмечено в гг. Минск, Гродно, Могилев, Гомель и Бобруйск.

Снижение потребления объясняется процессом упорядочения приборного учета объемов забираемой и передаваемой потребителям воды в жилищно-коммунальном хозяйстве, а также усилением позитивных тенденций ресурсосбережения. Инструментальным учетом. охвачено 86% забора воды из природных водных источников и 93 % сброса сточных вод в природные водные объекты. Всего учетом охвачено 4254 водопользователя, на балансе которых имеется 263 водозабора из поверхностных водных объектов и 4196 водозаборов подземных вод. Количество артезианских скважин составляет 28497, в том числе подлежащих тампонажу — 2111.

Выпуски сточных вод имеют 2960 предприятий, в том числе 387 предприятий имеют выпуски сточных вод непосредственно в поверхностный водный объект (456 выпусков) За пределы водного объекта поступают сточные воды от 3500 выпусков.

Зарегистрировано дальнейшее снижение потребления воды питьевого качества на производственные нужды. Тенденция снижения использования воды на производственные нужды, наблюдавшаяся ранее, сохранилась (с 529 млн.м³ в 2000 г. до 369 млн.м³ в 2014 г.). Сохранились темпы снижения использования воды в сельском хозяйстве. Объем использования воды этой отраслью сократился.

Без изъятия воды из водных объектов используют поверхностные водные ресурсы гидроэнергетика (6 тыс. кВт установленной мощности), рыбное хозяйство (1100 прудов), водный транспорт (протяженность рек и каналов с гарантированными глубинами — 2, 5 тыс. км).

В 2014г. по сравнению с 2000г. отмечено увеличение объемов воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения ).

Таблица 7.3.

Основные показатели водопользования в Республике Беларусь за 2000-2015 гг.

 

Показатель	Объемы воды, млн.м3 в год млн. mj в год
	2000	2004	2008	2010	2015
Забрано воды из природных водных объектов	1883	1885	1865	1832	1791
Использовано свежей воды:	1700	1705	1692	1667	1646
-на хозяйственно-питьевые нужды	782	794	794	785	767
-па производственные нужды	529	523	500	455	469
-на сельхозводоснабжепие	155	148	139	134	125
-на орошение	5	6	5	12		8
-в рыбном прудовом хозяйстве	229	234	254	280		277
Расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водо-снабжения	6155	6100	5722	5842		6391
Потери воды при ее_трапспортировке	117	113	117	116		107
Сброшено сточных вод в поверхност-	1173	1205	1169	1143	1138
ные водные объекты:
- загрязненных и недостаточно очи-
щенных	25	23	20	15	11
- нормативно-очищенных	884	903	884	872	866
- нормативно-чистых (без очистки)	264	279	265	256	261
Мощность очистных сооружений, после которых сточные воды сбрасываются в водные объекты	1329	1328	1329	1346	1351

 

По сравнению с 2000г. уменьшился сброс сточных вод в поверхностные водные объекты с 1173 млн.м³ до 338 млн.м³. Также уменьшился сброс загрязненных и недостаточно-очищенных сточных вод. Наибольший объем нормативно чистой воды сброшен в водные объекты предприятиями сельского хозяйства, главным образом, предприятиями прудового рыбного хозяйства. Отраслями промышленности сброшено 94, 0 млн.м³ нормативно-чистых сточных вод, большая часть которых приходится на энергетику — 82, 4 млн.м³.

В сфере промышленного производства наибольший вклад в водоотведение вносит энергетика (91, 6 млн. м³), несколько меньший объем сточных вод образуется в нефтехимической отрасли (71, 2 млн.м³) и топливной промышленности (35, 0 млн.м³). Сточные воды этих отраслей вместе со сточными водами пищевой промышленности (17, 3 млн.м³) составляют 89 % всех образующихся в промышленной сфере сточных вод.

Практически весь объем (98%) нормативно-чистых сточных вод, отводимых в водотоки промышленными предприятиями, формируется тремя отраслями промышленности: электроэнергетикой, пищевой, химической и нефтехимической. Вместе с топливной промышленностью на них приходится 81% отводимых в промышленном секторе нормативно-очищенных сточных вод.

Показатели качества воды

Разнообразие видов водопользования порождает разнообразие требований к воде. Исходя из этого понятие качества воды должно быть увязано с ее использованием.

Согласно Водному кодексу Беларуси качество воды есть характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретного вида водопользования.

Поскольку не существует единого показателя, который характеризовал бы весь комплекс характеристик воды, оценка качества воды ведется на основе системы показателей качества воды. Показатели качества воды делятся на физические, бактериологические гидробиологические и химические. Другой формой классификации показателей воды является их разделение на общие и специфические. К общим относят показатели, характерные для любых водных объектов. Присутствие в воде специфических показателей обусловлено местными природными условиями, а также особенностями антропогенного воздействия на водный объект.

К основным физическим показателям качества воды относятся температура, запах, прозрачность, цветность, содержание взвешенных веществ.

Температура воды. В водных объектах температура является результатом одновременного действия солнечной радиации, теплообмена с атмосферой, переноса тепла течениями, перемешивания водных масс и поступления подогретых вод из внешних источников. Температура влияет практически на все процессы, от которых зависят состав и свойства воды. Температура воды измеряется в градусах Цельсия (^оС).

Запах . Запах воды создается специфическими веществами, поступающими в воду в результате жизнедеятельности гидробионтов, разложения органических веществ, химического взаимодействия содержащихся в воде компонентов и поступления из внешних источников. Запах воды измеряется в баллах.

Прозрачность . Прозрачность воды зависит от степени рассеивания солнечного света в воде веществами органического и минерального происхождения, находящимися в воде во взвешенном и коллоидном состоянии. Прозрачность определяет протекание биохимических процессов, требующих освещенности (первичное продуцирование, фотолиз). Прозрачность измеряется в сантиметрах.

Цветность . Цветность воды обусловливается содержанием органическихокрашенных соединений. Вещества, определяющие окраску воды, поступают в воду вследствие выветривания горных пород, внутриводоемных продукционных процессов, с подземным стоком, из антропогенных источников. Высокая цветность снижает органолептические свойства воды, уменьшает содержание растворенного кислорода. Цветность измеряется в градусах.

Содержание взвешенных веществ. Источниками взвешенных веществ могут служить процессы эрозии почв и горных пород, взмучивание донных отложений, продукты метаболизма и разложения гидробионтов, продукты химических реакций и антропогенные источники. Взвешенные вещества влияют на глубину проникновения солнечного света, ухудшают жизнедеятельность гидробионтов, приводят к заиливанию водных объектов, вызывая их экологическое старение (эвтрофирование). Содержание взвешенных веществ измеряется в г/м³ (мг/дм³).

Бактериологические показатели характеризуют загрязненность воды патогенными микроорганизмами. К числу важнейших бактериологических показателей относят: коли-индекс —количество кишечных палочек в одном литре воды; коли-титр — количество воды в миллилитрах, в котором может быть обнаружена одна кишечная палочка; численность лактозоположительных кишечных палочек; численность колифагов.

Гидробиологические показатели дают возможность оценить качество воды по животному населению и растительности водоемов. Изменение видового состава водных экосистем может происходить при столь слабом загрязнении водных объектов, которое не обнаруживается никакими другими методами. Поэтому гидробиологические показатели являются наиболее чувствительными. Существует несколько подходов к гидробиологической оценке качества воды.

Оценка качества воды по уровню сапробности . Сапробность — это степень насыщения воды органическими веществами. В соответствии с этим подходом водные объекты (или ихучастки) в зависимости от содержания органических веществ делятся на полисапробные, α -мезосапробные, β -мезосапробные и олигосапробные. Наиболее загрязненными являются полисапробные водные объекты. Каждому ypoвню сапробности соответствует свой набор индикаторных организмов-сапробионтов. На основе индикаторной значимости организмов и их количества вычисляют индекс сапробности, по которому определяется уровень сапробности.

Оценка качества воды по видовому разнообразию организмов. С увеличением степени загрязненности водных объектов видовое разнообразие, как правило, снижается. Поэтомуизменение видового разнообразия является показателем изменения качества воды. Оценкувидового разнообразия осуществляют на основе индексов разнообразия (индексы Маргалефа, Шеннона и др.).

Оценка качества воды по функциональным характеристикам водного объекта. В этом случае о качестве воды судят по величине первичной продукции, интенсивности деструкции и некоторым другим показателям.

Физические, бактериологические и гидробиологические показатели относят к общим показателям качества воды.

Химические показатели могут быть общими и специфическими. К числу общих химических показателей качества воды относят: содержание растворенного кислорода, химическое потребление кислорода, биохимическое потребление кислорода, водородный показатель, содержание азота, фосфора и др. веществ.

Растворенный кислород. Основными источниками поступления кислорода в водные объекты является газообмен с атмосферой (атмосферная реаэрация), фотосинтез, а также дождевые и талые воды, которые, как правило, перенасыщены кислородом. Окислительные реакции являются основными источниками энергии для большинства гидробионтов. Основными потребителями растворенного кислорода являются процессы дыхания гидробионтови окисления органических веществ. Низкое содержание растворенного кислорода (анаэробные условия) сказывается на всем комплексе биохимических и экологических процессов в водном объекте.

Химическое потребление кислорода (ХПК) определяется как количество кислорода, необходимого для химического окисления содержащихся в единице объёма воды органических и минеральных веществ.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) определяется как количество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся в единице объема воды органических веществ за определенный период времени. БПК служит оценкой общего загрязнения воды легкоокисляемыми органическими веществами.

Водородный показатель (рН). В природных водах концентрация ионов водорода зависит, главным образом, от соотношения концентрации угольной кислоты и ее ионов. Источниками содержания ионов водорода в воде являются также гуминовые кислоты, присутствующие в кислых почвах и, особенно, в болотных водах, гидролиз солей тяжелых металлов. От рН зависит развитие водных растений, характер протекания продукционных процессов.

Азот может находиться в природных водах в виде свободных молекул N₂ и разнообразных соединений в растворенном, коллоидном или взвешенном состояний. В общем азоте природных вод принято выделять органическую и минеральную формы. Основными источниками поступления азота являются внутриводоемные процессы, газообмен с атмосферой, атмосферные осадки и антропогенные источники. Различные формы азота могут переходить одна в другую в процессе круговорота азота. Высокое содержание азота ускоряет процессы эвтрофирования водных объектов.

Фосфор в свободном состоянии в естественных условиях не встречается. В природных водах фосфор находится в виде органических и неорганических соединений. Основная масса фосфора находится во взвешенном состоянии. Соединения фосфора поступают в воду в результате внутриводоемных процессов, выветривания и растворения горных пород, обмена с донными отложениями и из антропогенных источников. На содержание различных форм фосфора оказывают влияние процессы его круговорота. В отличие от азота круговорот фосфора несбалансирован, что определяет его более низкое содержание в воде. Поэтому фосфор часто оказывается тем биогенным элементом, содержание которого определяет характер продукционных процессов в водных объектах.

Минеральный составопределяется по суммарному содержанию главных ионов: К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-. С точки зрения воздействия на человека и гидробионты неблагоприятными являются как высокие, так и чрезмерно низкие показатели минерализации воды.

К наиболее часто встречающимся специфическим химическим показателям качества воды относят фенолы, нефтепродукты, пестициды и др.

Фенолы поступают в воду из антропогенных источников, а также за счет метаболизма гидробионтов и биохимической трансформации органических веществ. Источником поступления фенолов являются гуминовые вещества, образующиеся в почвах и торфяниках. Фенолы оказывают токсическое воздействие на гидробионты и ухудшают органолептические свойства воды.

Нефтепродукты (топлива, масла, битумы и некоторые другие вещества) представляют собой смесь углеводородов различных классов. Источниками поступления нефтепродуктов являются утечки при их добыче, переработке и транспортировке, а также сточные воды. Входящие в состав нефтепродуктов углеводороды оказывают токсическое и, в некоторой степени, наркотическое воздействие на живые организмы, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы.

ПАВ и C ПАВ. К поверхностно-активным веществам (ПАВ) относят органические вещества, обладающие резко выраженной способностью к адсорбции на поверхности раздела «воздух-жидкость». В подавляющем большинстве попадающие в воду поверхностно-активные вещества являются синтетическими (СПАВ). СПАВ оказывают токсическое воздействие на гидробионты и человека, ухудшают газообмен водного объекта с атмосферой, снижают интенсивность внутри-водоемных процессов, ухудшают органолептические свойства воды. СПАВ относятся к медленно разлагающимся веществам.

Пестициды объединяют большую группу искусственных хлорорганических и фосфорорганических веществ, применяемых для борьбы с сорняками, насекомыми, грызунами. Основным источниками их поступления в воду является поверхностный и дренажный сток с сельскохозяйственных территорий. Пестициды обладают токсическим, мутагенным и кумулятивным действием и разрушаются очень медленно.

Тяжелые металлы. Кчислу наиболее распространенных тяжелых металлов относятся свинец, медь, цинк. Тяжелые металлы обладают мутагенным и токсическим действием, резко снижают интенсивность биохимических процессов в водных объектах.

Химические показатели измеряются в г/м³, мг/дм³ (мг/л).

В соответствии с Водным кодексом Беларуси оценка качества воды осуществляется на основе нормативов экологической безопасности водопользования и экологических нормативов качества воды водных объектов.

Оценка качества воды на основе нормативов экологической безопасности водопользования. Действующие нормативы позволяют оценить качество воды, используемой для коммунально-бытового, хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного водопользования.

К коммунально-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха. К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. К рыбохозяйственному водопользованию относится использование водных объектов в качестве среды обитания рыб и других водных организмов.

Нормативную базу оценки качества воды составляют общие требования к составу и свойствам воды и значения предельно допустимых концентраций веществ в воде водных объектов.

Общие требования определяютдопустимые состав и свойства воды, оцениваемые наиболее важными физическими, бактериологическими и обобщенными химическими показателями. Они могут задаваться в виде конкретной величины, изменения величины показателя в результате воздействия внешних факторов или в виде качественной характеристики показателя.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) – это установленный уровень концентрации веществ в воде, выше которого вода считается непригодной для конкретного вида водопользования. ПДК, как правило, задаются ввиде конкретного значения концентрации.

Все вещества по характеру своего отрицательного воздействия делятся на группы. Каждая группа объединяет вещества одинакового признака действия, который называют признаком вредности. Одно и то же вещество при различных концентрациях может проявлять различные признаки вредности. Признак вредности, который проявляется при наименьшей концентрации вещества, называют лимитирующим признаком вредности (ЛПВ). В водных объектах коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования различают три ЛПВ - органолептический, общесанитарный и санитарно-токсикологический. Вводных объектах рыбохозяйственного водопользования, кроме названных, выделяют еще два ЛПВ — токсикологический и рыбохозяйственный.

При оценке качества воды в водоемах коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования учитывают также класс опасности вещества. Его определяют в зависимости от токсичности, кумулятивности, мутагенности и ЛПВ вещества. Различают четыре класса опасности веществ: первый — чрезвычайно опасные; второй — высокоопасные; третий — опасные; четвертый – умеренно опасные.

При оценке качества воды учитывается принцип аддитивности — однонаправленного действия. В соответствии с этим принципом принадлежность нескольких веществ к одному и тому же ЛПВ появляется в суммировании их негативного воздействия.

С учетом сказанного оценка качества воды с точки зрения экологической безопасности водопользования производится по рассмотренной ниже методике.

Водные объекты считаются пригодными для коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования, если одновременно выполняются следующие условия:

· не нарушаются общие требования к составу и свойствам воды для соответствующей категории водопользования;

· для веществ, принадлежащих к третьему и четвертому классам опасности, выполняется условие:

где С – концентрация вещества в водном объекте, г/м³;

· для веществ, принадлежащих к первому и второму классам опасности, выполняется условие:

где Ci и ПДК i соответственно концентрация и ПДК i-го вещества первого или второго класса опасности

Водные объекты считаются пригодными для рыбохозяйственного водопользования, если одновременно выполняются следующие условия:

· не нарушены общие требования к составу и свойствам воды для соответствующей рыбохозяйственной категории;

· для веществ, принадлежащих к одинаковому ЛПВ, выполняется условие:

где Ci и ПДК i соответственно концентрация и ПДК i-го вещества, принадлежащего к данному ЛПВ.

Нормы качества воды должны выполняться:

· для водотоков коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования — на участках от пункта водопользования до контрольного створа, расположенного на расстоянии не менее одного километра выше по течению от этого пункта водопользования;

· для водоемов коммунально-бытового и хозяйственно питьевого водопользования — наакватории в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования;

· для водотоков рыбохозяйственного водопользования — впределах всего рыбохозяйственного участка водотока, начиная с контрольного створа, расположенного не далее 500метров ниже по течению от источника поступления примесей;

· для водоемов рыбохозяйственного назначения — на всем рыбохозяйственном участке, начиная с контрольного пункта, расположенного в радиусе не более 500 метров от места поступления примеси.

Оценка качества воды на основе экологических нормативов. Экологические нормативы качества воды устанавливаются для оценки состояния водных объектов на основе экологической классификации поверхностных вод.

Система экологической классификации качества поверхностных вод включает три классификационные группы: солевого состава, эколого-санитарных показателей и показателей состава и биологического действия специфических веществ.

В зависимости от значений показателей качества воды поверхностные воды относят к определенной категории и классу качества воды. Классы и категории, используемые при экологической классификации качества воды, приведены в табл. 7.4.

Таблица 7.4

Классы и категории качества поверхностных вод суши 

Класс качества воды

I

II

III