Определение интегрального индекса экологического состояния (ИИЭС)
В настоящее время отсутствует единая, достаточно полная и сбалансированная комплексная методика оценки качества водного объекта. Однако некоторые из них позволяют учесть большое количество аспектов экологического состояния водоемов. К таким показателям относится интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС), вычисляемый по формуле:
(2.3)
где nb – количество показателей, используемых для расчета индекса; в данной работе используется четыре показателя (табл.3.6), nb = 4; bi – баллы (от 1 до 4), присвоенные каждому показателю в соответствии с табл.2.6
В табл.2.6 приведены границы диапазонов для определения оценочных баллов по каждому отдельному показателю, в которые входят как значения ПДК и класса опасности вещества, так и комплексные показатели. Классификация водных объектов на зоны экологического состояния по величине ИИЭС осуществляется по табл.2.7.
Таблица 2.6 – Градации показателей для вычисления балльной оценки
| № | Показатель | Балл (b) | |||
| 1. | ПДКв, мг/л | < 0,01 | 0,01…0,1 | 0,11…1 | > 1 |
| 2. | Класс опасности в воде | ||||
| 3. | ИКВ, баллы | < 1,6 | 1,6…2,5 | 2,6…4 | > 4 |
| 4. | ИЗВ, баллы | > 4,0 | 2,1…4,0 | 1,0…2,0 | < 1 |
Таблица 2.7 – Классификация водных объектов в зависимости от значения индекса ИИЭС
| Класс качества водного объекта | Уровни нарушения | Экологическое состояние | Диапазон ИИЭС |
| I | Б | Экологическое бедствие | ≤ 1,69 |
| II | К | Экологический кризис | 1,70…2,39 |
| III | Р | Напряженная экологическая ситуация | 2,40…2,99 |
| IV | Н | Относительное экологическое благополучие | ≥ 3,0 |
Граница между III-м и IV-м классами (табл.3.7) соответствует допустимой экологической нагрузке (ДЭН), под которой понимают антропогенную нагрузку (складывающуюся из отдельных однородных или разнородных воздействий), которая не меняет качества окружающей природной среды или меняет ее в допустимых пределах, обеспечивая сохранение или повышение продуктивности сообщества (его структурно-функциональной целостности). Имеет характер перспективного норматива, который может быть достигнут к определенному сроку, т.е. через заранее обусловленное время перейти в категорию текущих нормативов.
Граница между II-м и III-м классами соответствует предельно допустимой экологической нагрузке (ПДЭН) – максимальной интенсивности комплексного и комбинированного воздействия всей совокупности антропогенных факторов на сообщество, не приводящей к выходу экосистемы за пределы экологического резерва. Имеет характер текущего норматива, допустимого для оценки воздействия на сообщество в данном регионе в течение заранее оговоренного времени. Соответствует напряженной экологической обстановке.
Граница между I-м и II-м классами соответствует критической экологической нагрузке, т.е. интенсивности антропогенных факторов в окружающей среде, вызывающих статистически достоверные изменения в показателях структурно-функциональной организации популяции или сообщества, выходящие за пределы адаптационных возможностей биосистемы исторически сформировавшейся в конкретных изменяющихся условиях окружающей среды.
Катастрофической экологической обстановке (экологическому бедствию) соответствует антропогенная нагрузка, вызывающая устойчивое, необратимое отрицательное воздействие на природные популяции, сопровождающиеся их гибелью.
Полученные данные (ИИЭС) являются основой для принятия решения в области природоохранной деятельности и выработки первоочередных мер по ликвидации экологического неблагополучия (приложение В).
Порядок выполнения работы
1) Определить общесанитарный индекс качества воды (ИКВ):
a) Определить баллы wi, присваиваемые каждому показателю, входящему в общесанитарный индекс качества воды, используя данные таблиц 2.12 и 2.3.
b) Рассчитать общесанитарный ИКВ по формуле (2.1).
c) Результаты расчетов представить в виде таблицы 2.8.
d) Указать качественное состояние воды и степень ее пригодности для представленных видов водопользования, используя данные таблиц 2.4 и 2.1.
Таблица 2.8 – Общесанитарный индекс качества воды
| Показатели | Вес (g) | Величина показателя | Балл (w) | g ∙ w |
| Коли-индекс | 0,18 | |||
| Запах, баллы | 0,13 | |||
| БПК5, мг О2/л | 0,12 | |||
| рН | 0,10 | |||
| Растворенный кислород, мг О2/л | 0,09 | |||
| Цветность, град | 0,09 | |||
| Взвешенные вещества, мг/л | 0,08 | |||
| Общая минерализация, мг/л | 0,08 | |||
| Хлориды, мг/л | 0,07 | |||
| Сульфаты, мг/л | 0,06 | |||
| - | ИКВ |
2) Определить индекс загрязнения воды токсичными металлами (ИЗВ):
a) Рассчитать кратность превышения (С/ПДКв) для указанных веществ, используя данные таблиц 2.13, 2.14.
b) Выбрать шесть компонентов, имеющих наибольшую кратность превышения.
c) Рассчитать ИЗВ для выбранных компонентов по формуле (2.2).
d) Результаты расчетов представить в виде таблицы 2.9.
e) Указать качественное состояние воды и степень ее пригодности для представленных видов водопользования, используя данные таблиц 2.5 и 2.1.
Таблица 2.9 – Индекс загрязнения воды
| Металлы | Концентрация С, мг/л | ПДКв, мг/л | С/ПДКв | Участвуют в расчете ИЗВ |
| Al3+ | 0,5 | |||
| As3+ | 0,05 | |||
| Cu2+ | 1 | |||
| Fe3+ | 0,3 | |||
| Hg2+ | 0,0005 | |||
| Mn2+ | 0,1 | |||
| Ni2+ | 0,1 | |||
| Pb2+ | 0,3 | |||
| Zn2+ | 1 | |||
| - | ИЗВ |
3) Определить интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС):
a) Провести балльную оценку величин ПДКв и класса опасности токсичных веществ, используя данные таблиц 2.14 и 2.6. Рассчитать среднеарифметические значения баллов. Результаты оформить в виде таблицы 2.10. Средние значения баллов внести в таблицу 2.11.
b) Провести балльную оценку рассчитанных ранее ИКВ и ИЗВ с помощью таблицы 2.6. Результаты внести в таблицу 2.11.
c) Рассчитать интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС) по формуле (2.4).
d) Сделать вывод об экологическом состоянии водоема (табл.2.7) при многоцелевом использовании.
Таблица 2.10 – Балльная оценка ПДКв и класса опасности токсичных веществ
| Металлы | ПДКв, мг/л | Баллы (b) | Класс опасности | Баллы (b) |
| Al3+ | 0,5 | 2 | ||
| As3+ | 0,05 | 2 | ||
| Cu2+ | 1 | 3 | ||
| Fe3+ | 0,3 | 3 | ||
| Hg2+ | 0,0005 | 1 | ||
| Mn2+ | 0,1 | 3 | ||
| Ni2+ | 0,1 | 3 | ||
| Pb2+ | 0,3 | 2 | ||
| Zn2+ | 1 | 3 | ||
| - | Ср. | - | Ср. |
Таблица 2.11 – Интегральный индекс экологического состояния
| Показатели | Величина показателя | Баллы (b) |
| ПДКв, мг/л | - | |
| Класс опасности | - | |
| ИКВ, баллы | ||
| ИЗВ, баллы | ||
| - | ИИЭС |
4) По результатам выполнения работы предложить меры по защите природы и при необходимости описать методы очистки воды в промышленных и домашних условиях до состояния питьевой воды (приложение В).
Задание к работе
Предпосылка: имеется некая река, которая используется по многоцелевому назначению. На различных участках реки вода используется для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Загрязнение воды может быть от недостаточно очищенных сбросов сточных различных предприятий, а также от смыва с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты. Необходимо определить экологическое состояние и пригодность водоема для указанных видов водопользования, а также предложить способы решения возникающих проблем.
Вариант задания соответствует № студента по журналу кафедры ПЭ и БТ.
В таблице 2.12 приведены значения показателей для определения величины ИКВ. В таблицах 2.13, 2.14 приведены данные химического анализа воды по содержанию в ней токсичных металлов и справочные данные для определения величины ИЗВ.
Таблица 2.12 – Данные для расчета общесанитарного индекса качества воды
| № по журналу | Показатели | |||||||||
| Коли- индекс | Запах, баллы | БПК5, мг О2/л | рН | Растворенный кислород, мг/л | Цвет-ность, град | Взвешенные вещества, мг/л | Общая минерализация, мг/л | Хлориды, мг/л | Сульфаты, мг/л | |
| 1. | 108 | 1,5 | ||||||||
| 2. | 107 | |||||||||
| 3. | 1888 8 | |||||||||
| 4. | ||||||||||
| 5. | 10 | |||||||||
| 6. | ||||||||||
| 7. | 106 | |||||||||
| 8. | 106 | 1,5 | ||||||||
| 9. | 1,5 | |||||||||
| 10. | 0,5 | |||||||||
| 11. | ||||||||||
| 12. | 105 | |||||||||
| 13. | 108 | |||||||||
| 14. | ||||||||||
| 15. | 1,5 | |||||||||
| 16. | ||||||||||
| 17. | ||||||||||
| 18. | 106 | |||||||||
| 19. | 108 | 1,5 | ||||||||
| 20. | 104 | 0,5 | ||||||||
| 21. | ||||||||||
| 22. | 1,5 | |||||||||
| 23. | ||||||||||
| 24. | ||||||||||
| 25. | ||||||||||
| 26. | ||||||||||
| 27. | ||||||||||
| 28. | ||||||||||
| 29. | 1,5 | 1,5 | ||||||||
| 30. | 0,5 |
Таблица 2.13 – Результаты химического анализа воды по содержанию в ней катионов токсичных металлов
| № по журналу | Концентрация С, мг/л | ||||||||
| Al3+ | As3+ | Cu2+ | Fe3+ | Hg2+ | Mn2+ | Ni2+ | Pb2+ | Zn2+ | |
| 0,15 | 0,03 | 2,0 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,35 | 0,05 | 0,2 | |
| 0,03 | 0,02 | 1,0 | 0,2 | 0,001 | 0,07 | 0,16 | 0,70 | 0,1 | |
| 0,02 | 0,01 | 0,5 | 0,1 | 0,001 | 0,20 | 0,25 | 0,05 | 1,0 | |
| 0,02 | 0,07 | 0,5 | 0,2 | 0,001 | 0,30 | 0,46 | 0,02 | 2,0 | |
| 0,30 | 0,01 | 2,0 | 0,5 | 0,001 | 0,05 | 0,34 | 0,02 | 0,05 | |
| 0,02 | 0,10 | 0,2 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,33 | 0,02 | 0,5 | |
| 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,2 | 0,001 | 0,07 | 0,08 | 0,05 | 7,0 | |
| 0,002 | 0,01 | 0,5 | 0,1 | 0,003 | 0,03 | 0,37 | 0,03 | 2,0 | |
| 0,01 | 0,03 | 2,0 | 2,0 | 0,001 | 0,50 | 0,03 | 0,05 | 0,5 | |
| 0,02 | 0,02 | 0,1 | 0,1 | 0,001 | 0,05 | 0,05 | 0,02 | 0,5 | |
| 0,03 | 0,05 | 1,5 | 0,6 | 0,001 | 0,30 | 0,31 | 0,05 | 1,5 | |
| 0,01 | 0,10 | 1,8 | 0,2 | 0,002 | 0,05 | 0,25 | 0,03 | 1,0 | |
| 0,02 | 0,05 | 0,5 | 0,15 | 0,001 | 0,10 | 0,10 | 0,07 | 0,5 | |
| 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,3 | 0,001 | 0,03 | 0,48 | 0,02 | 1,0 | |
| 0,30 | 0,03 | 0,3 | 1,6 | 0,001 | 0,25 | 0,36 | 0,03 | 0,5 | |
| 0,25 | 0,01 | 0,5 | 0,2 | 0,002 | 0,04 | 0,28 | 0,05 | 0,1 | |
| 0,01 | 0,06 | 2,0 | 0,1 | 0,001 | 0,36 | 0,04 | 0,02 | 4,5 | |
| 0,02 | 0,09 | 0,1 | 2,0 | 0,001 | 0,08 | 0,17 | 0,03 | 0,2 | |
| 0,03 | 0,10 | 0,2 | 0,3 | 0,003 | 0,15 | 0,43 | 0,05 | 0,3 | |
| 0,04 | 0,02 | 2,0 | 0,2 | 0,001 | 0,35 | 0,30 | 0,02 | 2,0 | |
| 0,02 | 0,03 | 0,2 | 0,2 | 0,001 | 0,07 | 0,18 | 0,03 | 0,05 | |
| 0,01 | 0,02 | 0,1 | 0,15 | 0,001 | 0,03 | 0,27 | 0,05 | 0,5 | |
| 0,002 | 0,01 | 0,5 | 0,3 | 0,001 | 0,50 | 0,42 | 0,02 | 7,0 | |
| 0,01 | 0,07 | 2,0 | 1,6 | 0,001 | 0,05 | 0,09 | 0,05 | 2,0 | |
| 0,02 | 0,01 | 0,1 | 0,2 | 0,001 | 0,30 | 0,38 | 0,03 | 0,5 | |
| 0,03 | 0,10 | 1,5 | 0,5 | 0,001 | 0,05 | 0,40 | 0,07 | 0,5 | |
| 0,01 | 0,02 | 1,8 | 0,1 | 0,003 | 0,10 | 0,20 | 0,02 | 1,5 | |
| 0,02 | 0,01 | 0,5 | 2,0 | 0,001 | 0,03 | 0,30 | 0,03 | 1,0 | |
| 0,05 | 0,05 | 2,0 | 0,4 | 0,001 | 0,28 | 0,29 | 0,01 | 2,0 | |
| 0,07 | 0,06 | 0,1 | 0,7 | 0,001 | 0,17 | 0,25 | 0,04 | 1,5 |
Таблица 2.14 – Предельно допустимые концентрации и класс опасности катионов металлов в воде
| Показатель | Металлы | ||||||||
| Al3+ | As3+ | Cu2+ | Fe3+ | Hg2+ | Mn2+ | Ni2+ | Pb2+ | Zn2+ | |
| ПДКв, мг/л | 0,5 | 0,05 | 0,3 | 0,0005 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | ||
| Класс опасности |
Вопросы для проверки
1) Как различаются примеси, загрязняющие природные воды?
2) Могут ли минеральные соли изменять вкус и цвет воды?
3) Что такое эвтрофикация?
4) К каким последствиям приводит подкисление рек и озер?
5) Что происходит при тепловом загрязнении водоемов?
6) Какие факторы самоочищения гидросферы Вам известны?
7) Какими группами показателей характеризуется качество воды водоемов?
8) Как можно использовать воду и водоемы в зависимости от их качества?
9) Какие существуют виды водопользования?
10) Что такое ПДКв, ПДКвр, их единица измерения?
11) Что такое ориентировочный допустимый уровень химического вещества в воде?
12) Для каких видов водопользования устанавливаются ПДК веществ в воде?
13) В чем заключаются методы обеззараживания воды, используемые для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования?
14) Перечислите методы стандартной очистки воды.
15) Перечислите методы специальной очистки воды.
16) Что такое индекс качества воды и как он рассчитывается?
17) Перечислите основные параметры, входящие в состав общесанитарного индекса качества воды, и методы их определения.
18) Дайте определение ПДС, какая единица измерения?
19) Отличие экологического бедствия от экологического кризиса.
20) Что собой представляет гидрохимический ИЗВ?
21) Чем отличается ДЭН от ПДЭН?
Расчетная работа № 3