Вивчення просторово-часової мінливості показників складу природних вод

В. М. Шестаков, С. А. Брусилівський

На великих водозаборах необхідно виявляти просторово-часові зміни якості води, характеристика яких може вплинути на вирішення питань технології обробки питної води, наприклад, обезжелезненія, деіонізація і т.д. У зв'язку з цим у регламентований нормативними документами режим випробування і вибір свердловин для відбору проб можуть бути внесені корективи на підставі наявних даних про ступінь просторово-часової варіабельності хімічного складу підземних вод водозабору і поверхневих вод, як основного джерела живлення.

При описі сукупності аналізів, що відбивають хімічний склад вод певного об'єкта, необхідно використовувати різні статистичні характеристики: характер розподілу (нормальний, логнормальний, рівномірний, полімодальний і т. д.), параметри розподілу, що відповідають його типу (середнє арифметичне, середнє геометричне, модальне, стандартне відхилення, стандартний множник і т. д.) з вказівкою кількості дат для сукупності, кореляційний матрицю, коефіцієнти емпіричних рівнянь регресії для пар з значущими коефіцієнтами кореляції, довірчі зони регресії при прийнятих рівнях значимості і т. д. Для явно неоднорідних сукупностей нераціонально давати загальні характеристики розподілу. Використання статистичних характеристик дозволяє з певною вірогідністю говорити про приналежність аналізу до сукупності, значущої різниці між двома сукупностями, зв'язки між окремими параметрами, виділяти аномальні по відношенню до фону значення (обов'язково з урахуванням компактності розташування точок), говорити про тенденції зміни у просторі та часі (прогноз).

Принципову складність для виявлення просторової та часової мінливості хімічного складу підземних вод уявляє, як правило, недостатня кількість первинних матеріалів. Для виявлення багаторічної мінливості необхідно виключити можливе накладення внутрішньорічних змін. При аналізі внутрішньорічної (сезонної) мінливості слід відбирати дані за весь багаторічний ряд спостережень за близьким дат. Абсолютно недостатньо вимога з відбору та визначення однієї проби на сезон, оскільки міжрічної мінливість сезонних явищ досить велика, і, наприклад, повідець або настання снігового покриву в різні роки може значно відрізнятися за термінами в межах одного сезону. Крім того, при цьому слід використовувати матеріали спостережень лише по близько розташованим свердловинах, щоб виключити можливе вплив <ефекту добігання> при переважному харчуванні водоносних горизонтів з поверхневих водних джерел. При вивченні просторової мінливості ідеально було б використовувати лише результати одночасних спостережень по всіх точках випробування. Реально доводиться користуватися лише наближеннями, групуючи дані по обмежених у просторі і термінів спостереження вибірках.

Загальноприйняте вираження просторової мінливості в ізолініях концентрацій на гідрогеохімічних карті не завжди може бути реалізовано на основі наявного банку даних, оскільки розподіл свердловин по площі вкрай нерівномірно. Раціонально характеризувати просторову мінливість хімічного складу підземних вод в табличній формі. Як приклад можна навести вибірку аномальних значень параметрів хімічного складу водозаборів м. Калуги (див. матеріали за моніторингу водозабору підземних вод м. Калуги), в якій представлені лише аномальні значення параметрів, що різко виділяються на загальному тлі.

Тимчасову мінливість хімічного складу раціонально характеризувати за найбільш значимим з гігієнічних позицій показниками, варіюються в досить широких межах, точність аналітичного визначення яких досить висока, а ряди спостережень тривало.

Для виявлення багаторічної мінливості необхідно виключити можливе накладення внутрішньорічних змін. При аналізі внутрішньорічної (сезонної) мінливості слід відбирати дані за весь багаторічний ряд спостережень за близьким дат. При цьому слід використовувати матеріали спостережень лише по близько розташованим свердловинах щоб виключити можливий вплив <ефекту добігання> при переважній харчуванні водоносних горизонтів з поверхневих водних джерел. При вивченні просторової мінливості з урахуванням ступеня варіабельності компонентів варто використовувати лише результати близьких за часом спостережень по всіх точках випробування.

Критично слід оцінити рекомендації щодо періодичності виробничого контролю якості води [2]. Для кількості обслуговуваного населення до 10 тис. чоловік досить 2 проб на місяць, а від 50 до 100 тис. необхідно вже 100 проб на місяць. Якщо ж скористатися наведеною фор-мулой (число проб для кількості обслуговуваного населення більше 100 тис. чоловік становить 100 +1 проба на кожні 5 тис. чоловік понад 100 тис. населення) то, наприклад, для Москви слід прово-дить випробування кожні 20 хвилин. Разом з тим абсолютно недостатньо в умовах інтенсивного техногенезу проводити аналіз хімічного складу неорганічних і органічних контамінантів в поверхневих водах один раз на сезон, а в підземних - раз на рік. Періодичність випробування підземних вод при моніторингу повинна визначатися ступенем варіабельності у часі конкретних показників складу за даними контрольних вимірів.

Попередній аналіз банків даних показав, що на попередньому етапі можна виключити з розгляду деякі з визначених параметрів хімічного складу, не інформативні з екологічних позицій. До них відносяться компоненти складу, концентрації яких за рідкісними винятками знаходяться в межах санітарно-токсикологічних нормативів, компоненти, пов'язані жорсткими корелятивних зв'язками, що дозволяє зменшити число незалежних змінних, компоненти, концентрації яких знаходяться на межі чутливості використаних аналітичних методів, що викликає сумніви в достовірності визначень, і компоненти, рівень вмісту яких мало варіює для всього масиву даних. Результати аналізу змістів найбільш значущих з екологічних позицій показників раціонально представляти у формі числа аналізів (у%), припадають на певні інтервали концентрацій, можливо виражених в кратність ГДК.

Додаток

Перелік показників якості поверхневих вод, що визначаються додатково до загальних показниками для підземних і поверхневих вод, відповідно до ГОСТ 17.1.3.07-82 відповідно до категорії програми контролю

Вибір виду програми і періодичності спостережень залежить від категорії пункту контролю.

Пункти контролю категорії I розташовуються на середніх і великих (допускається і малих) водоймах і видатках, що мають важливе народно-господарське значення:

в районах міст з населенням понад 1 млн. жителів;

в місцях нересту і зимарки особливо цінних видів промислових організмів;

в районах повторюваних аварійних скидів забруднюючих речовин і заморні явищ;

в районах організованого скидання стічних вод.

Пункти контролю категорії II розташовуються на водоймах і видатках з населенням від 0,5 до 1 млн. жителів:

в місцях нересту і зимарки особливо цінних видів промислових організмів;

на важливих для рибного господарства предплотінних ділянках річок;

в місцях організованого скидання дренажних стічних вод зі зрошуваних територій та промислових стічних вод;

при річками перетині Державного кордону Російської Федерації;

в районах з середньою забрудненням води.

Пункти контролю категорії III розташовуються на водоймах і видатках:

в районах міст з населенням менше 0,5 млн. чоловік;

на замикає ділянках великих і середніх річок;

в гирлах забруднених приток великих річок і водойм;

в районах організованого скидання стічних вод, в результаті чого спостерігається низька забрудненість води.

Пункти контролю категорії IV розташовуються на незабруднених ділянках водойм і водотоків, а також на водоймах і видатках, розташованих на території державних заповідників та природних національних парків, які є унікальними природними утвореннями.

Скорочена програма 1 для пунктів контролю категорії I наказує щоденні визначення: питома електропровідність, візуальні спостереження, вільний кисень, БПК5; для пунктів контролю II категорії - щоденні візуальні спостереження, і щодекадний за програмою. Крім того визначення з цієї програмі доповнюють визначення по іншим програмам:

скорочена програма 2 наказує щодекадний спостереження для пунктів категорії I: додатково до програми 1 ще визначення 2 - 3 забруднюючих речовини, основних у даному пункті спостереження;

скорочена програма 3 наказує щомісячні спостереження для пунктів категорії I - III: додатково до програм 1 і 2 також визначення ГПК, Еh;

повна програма наказує в основні фази водного режиму для всіх категорій пунктів контролю: додатково до програмам 1 - 3: визначення: лужність, гідрокарбонат, кальцій, магній, натрій, калій, сума іонів, амоній, нітрити, фосфати, кремній, нафтові вуглеводні, СПАР, летючі феноли, пестициди, органічні сполуки металів, а також 37 гідробіологічних показників.

Періодичність проведення контролю за гідробіологічними показниками наказує для категорій пунктів контролю I і II щомісячні спостереження за скороченими програмами, для пунктів контролю категорії III - у вегетаційний період, для всіх пунктів контролю - щоквартально.

Список літератури

Санітарні правила і норми <Питна вода. Гігієнічні вимоги до якості води централізованих систем питного водопостачання. Контроль якості>. СанПиН 2.1.4.1074-01. Мінохоронздоров'я Росії, Москва, 2002 р., 103 с.

Гігієнічні нормативи ГН 2.1.5.1315-03 <Гранично допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовин у воді водних об'єктів господарсько-питного і культурно-побутового водокористування>. М., 2003.

Лур'є Ю. Ю. Уніфіковані методи аналізу води. Изд-во <Хімія>. М. 1971, 375 с.

Резніков А. А., Муліковская Е. П., Соколов І. Ю. Методи аналізу природних вод. Из-во <Надра>. М. 1970. 488 с.

Керівництво по хімічному аналізу поверхневих вод суші. Гидрометеоиздат. Л. 1977.

Державний контроль якості води. М:. Изд-во стандартов, 2001. 688 с.

Фомін Г. С. Вода. Контроль хімічної, бактеріальної та радіаційної безпеки з міжнародним стандартам. Енциклопедичний довідник. 3-е видання. М:. 2000. 839 с.

Тимчасові методичні рекомендації з гідрогеохімічних випробування і хіміко-аналітичних досліджень підземних вод (стосовно до СанПиН 2.1.4.1074-01). <ГІДЕК>, Москва, 2002. 63 с.

Методичні вказівки щодо впровадження і застосування Санітарних правил і норм СанПиН 2.1.4. 559-96 <Питна вода. Гігієнічні вимоги до якості води централізованих систем питного водопостачання. Контроль якості>. Мінохоронздоров'я Росії. М:. 1998. 71 с.

Солодов І. М., Величкін В. І., Рубцов М. Г., Купер В. Я., Черток М. Б. Гідрогеохімічні каротаж. Теорія і практика. М:. Едиториал УРСС. 2005. 319 с.

Гаврішін А. І. Оцінка і контроль якості геохімічної інформації. М:. Надра. 1980. 287 с.

Брусилівський С. А. Про міграційних формах елементів у природних водах.// Гідрохімічні матеріали, т. 35. М:. 1963. С. 3 - 16.

Брусилівський С. А., Канакіна М. А. Розрахунок іонного складу ультракіслих вод. В зб. "Питання формування хімічного складу підземних вод", М:. Изд-во Московського Університету. 1963. С. 140 - 153.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://geo.web.ru/