Лекция 11 Мониторинг донных отложений

Формирование водного объекта происходит под влиянием внешних и внутренних факторов, которые определяют гидрологический и гидрохимический и биологический режимы. Объемы воды, в данном случае, представляют жизненное пространство для водной биоты. Однако данное пространство определяется не только объемом воды, диапазонами изменения уровней, скоростью воды, но формой и составом отложений на дне. Состав отложений, влияющих на формирование глубин, влияет и на химический состав вод. В процессе развития, условия водной среды претерпевают постоянные изменения, в том числе путем изменения мощности и состава донных отложений.

Если водная толща подвергается непосредственному внешнему влиянию, то донные отложения, в первую очередь отражают отклик водной системы на данные воздействия. Кроме того, режим донных наносов связан с русловыми процессами, вызванными как природными факторами, так и антропогенными. В связи с этим, наблюдения за их состоянием является необходимым компонентом мониторинга водных объектов. Изменения, происходящие с донными отложениями, отражают аккумулятивные процессы трансформации и перемещения органических и неорганических веществ.

В соответствии с законом Боулича (или иначе закон «все или ничего»), внешние воздействия, не превышающие сопротивляемость системы, не оказывают на нее заметного влияния, но накопившись, они приводят к развитию бурных динамических процессов.

Донные отложения демпфируют внешнее воздействие на водную систему, участвуя в процессе самоочищения воды, путем накопления в своей толще «лишних», в том числе губительных веществ. При определенных условиях, загрязненность донного грунта может привести к вторичному загрязнению (переход количества в качество). Донные отложения являются средой обитания донных бентосных организмов. Все происходящие с донным грунтом изменения (например, загрязнение, перемещение) могут привести к изменению видового состава донной биоты и нарушению экологического состояния всего водного объекта. В соответствии с законом «Все связано со всем» (закон Коммонера), донный грунт и водная толща связаны между собой условиями гидрохимического равновесия. Изменения в одном (например, загрязнение) из компонентов приводит к изменению второго. Поэтому наблюдения за 52 загрязненностью донных отложений становятся неотъемлемой частью мониторинга состояния водных объектов, который обладает рядом отличий от мониторинга водной фазы. Это служит основанием организации и проведения наблюдений за состоянием донных отложений. Экологический мониторинг донных отложений водных объектов суши является составной частью общего экологического мониторинга водных объектов, предназначенного для их изучения и охраны. Анализ внутри водоѐмных процессов позволяет выявить закономерности, характер и направленность происходящих изменений. Наблюдения за изменениями донных отложений, проводимые совместно с исследованиями водной толщи, состояния берегов и прибрежной зоны (переходной зоны между водным объектом и объектами суши), позволяют осуществлять комплексный подход, рассматривая водный объект с позиций целостности и единства (рис. 5.1). Это отвечает принципам системных исследований. Состояние водной толщи, характеризуется качеством воды, которое в большой степени отражает «мгновенные» процессы непосредственного влияния внешних (в основном антропогенных) факторов. Анализ донных отложений позволяет выявлять «историю» протекания процессов и реакцию системы на внешние явления. Это отражает: ∙ гидрохимические явления (например, загрязнение водного объекта, в том числе и вторичного характера); ∙ гидродинамические процессы (русловые, связанные, например, с трансформацией и переносом донных отложений); ∙ гидрологические (изменение глубины, площади мелководной зоны, скоростного режима). Методы мониторинга основаны на наблюдениях за изменением отдельных элементов водных экосистем (уровенный и расходные режимы, изменение гидрохимических показателей, оценка состояния биотической фазы).

Рис- Реакция водной экосистемы на внешнее загрязняющее воздействие

Формирование сети пунктов и программ наблюдений за загрязнением донных отложений 

Наблюдения за загрязнением донных отложений делятся на постоянные, периодические и разовые.

 Сеть включает наземные и авиакосмические наблюдения.

Наземные наблюдения делятся по периодичности проведения.

 ∙ Постоянные (режимные) наблюдения проводятся в пунктах стационарной сети наблюдений за гидрологическими, гидрохимическими и гидробиологическими параметрами. Они позволяют контролировать протекание процессов в естественных условиях (фоновые участки) и места постоянного антропогенного влияния (гидроузлы, влияние сельского и коммунального хозяйства, промышленности).

∙ Периодические наблюдения проводятся в местах подверженных медленно протекающим процессам (русловые процессы), с целью выявления общих закономерностей. К периодическим относятся и специальные наблюдения, которые проводятся для изучения конкретных условий.

∙ Разовые (оперативные) наблюдения проводятся в местах быстропротекающих процессов (например, аварии, залповые сбросы). Средства наземной разведки, в данном случае, являются ведущими средствами мониторинга и используют физические, химические и биологические методы.

Методы биотестирования, в данном случае, очень полезны, поскольку позволяют давать комплексную оценку состояния донного грунта и обладают рядом других достоинств:

∙ относительная простота;

∙ достоверность и сопоставимость результатов;

∙ оперативность и объективность получаемой информации;

 ∙ низкая относительная стоимость.

В полной мере этими достоинствами обладает метод [Николаев С.Г., 1992] основанный на анализе представителей макрозообентоса.

Авиакосмические наблюдения, в том числе с помощью беспилотных средств.

∙ Постоянные наблюдения за рассматриваемой территорией, проводятся с целью отслеживания общего состояния и выявления источников загрязнения водных объектов (в том числе, причин снижения эффективности водоохранных зон).

∙ Периодические наблюдения проводятся в случае больших масштабов территории. В этом случае периодически делается анализ состояния всего объекта, в то время как постоянные наблюдения направляются на контроль конкретной территории. В зависимости от средств контроля и возможностей, необходимость периодических наблюдениях может отпасть.

∙ Разовые наблюдения проводятся в проблемных зонах и дополняют или заменяют наземные исследования. Основная их цель получение сведений об источнике внешнего воздействия на водный объект и его состояние (зарастание, распространение визуально определяемых пятен загрязнений, тепловых потоков, использование водного объекта и т.п.). В данном случае необходимо максимально задействовать беспилотные средства контроля.

Авиакосмические наблюдения используют методы определения «визуально» наблюдаемых параметров (например, цвет и глубина воды – позволяют выявить мелководья и места размывов русла; ширина русла – определяет места береговой эрозии). Следует отметить, что для целей мониторинга загрязнения донных отложений возможно использование дистанционных плавающих средств зондирования. Они, в отличие от БПЛА, позволяют получать не только «визуальные» данные (например, эхолокационные), но и показатели химических и физических свойств воды и ее загрязненности, на основании чего расчетными методами оценивается загрязненность донных отложений.

Наблюдения следует проводить в местах:

∙ интенсивного применения ядохимикатов и в местах их производства;

∙ повторяющихся случаев превышения нормативов качества воды и загрязненности донных отложений;

∙ режимных пунктов наблюдений, в том числе трансграничных створах;

∙ добычи полезных ископаемых;

∙ сброса сточных вод промышленных предприятий;

∙ интенсивного судоходства, включая акватории портов.

Створ наблюдений за донными отложениями на водотоках выбирается в местах:

∙ гарантированного (или полного) смешения сточных и речных вод;

∙ максимальной толщины донных отложений (в зоне интенсивного отложения наносов);

∙ поступления сточных вод.

∙ в зонах подпора боковых притоков;

 ∙ на судовом ходу;

 ∙ на перекатах рек и др.

На водоемах пробы отбирают в местах:

∙ питающих их водотоков;

∙ на участках водоемов с глубинами до 10 м;

 ∙ на участках ветрового перемешивания вод;

 ∙ в зоне влияния сброса сточных вод;

∙ в зоне верхнего бьефа гидроузла или в районе истока реки (канала).

Для трансграничных водных объектов, дополнительно предусматриваются наблюдения в пограничных створах или близких к ним пунктах наблюдений.

Формирование сети пунктов наблюдений и гидрологических постов, в этом случае, производят на основании предварительных исследований, заключающихся во всестороннем ознакомлении с районами наблюдений по имеющимся литературным, архивным материалам и другим источникам и в обследовании приграничных участков водоемов и водотоков.

 Периодичность наблюдений

 Периодичность проведения наблюдений за донными отложениями по гидрохимическим и гидробиологическим показателям устанавливают с учетом трудоемкости и охвата наблюдениями основных фаз гидрологического режима.

Например, на реках, наблюдения проводятся 7 раз в году (на подъеме, пике и спаде половодья; во время летней и зимней межени; при прохождении дождевого паводка и осенью перед ледоставом). На водоемах требование охвата основных фаз гидрологического режима, обеспечивается проведением наблюдений 4 раза в год.

Наблюдаемые параметры определяются с учетом:

∙ целей поддержания и улучшения существующего качества воды, способствующего восстановлению природного экологического состояния водных объектов;

∙ антропогенных нагрузок и обоснования мероприятий, направленных на их сокращение;

 ∙ требований к качеству воды (например, цели питьевого водоснабжения, орошения, сохранения экосистем);

∙ возможностей достижения целевых показателей.

 Отбор проб и анализ результатов

Отбор проб донного грунта по согласованной программе наблюдений и их подготовку к анализу выполняют согласно ГОСТ 17.1.5.01-80. Анализ загрязняющих веществ в донных отложениях выполняют по аттестованным методикам выполнения измерений в соответствии с нормативными документами ГОСТ 17.1.5.01-80; ГОСТ 27384-2002, ГОСТ Р 8.563-2009. Основные характеристики донных отложений водных объектов выделяются с учетом условий их формирования, например: интенсивности поступления и состав осадочного вещества, окислительно-восстановительные условия, гидрологический режим, характеристика внешних источников воздействия на водный объект (табл.5.1, 5.2)).

В связи с этим необходимо определять состояние донного грунта и характер протекающих процессов на основе анализа ряда свойств:

∙ тип, состав и консистенция отложений;

∙ органолептические признаки (цвет, запах).

Список параметров достаточно большой. Поэтому используются разные схемы определения: полная, сокращенная и оценочная. Полная схема предусматривает определение всех параметров характерных для конкретного участка (специфических) и общих для всей сети наблюдений в государственном масштабе. Сокращенная схема предусматривает анализ состояния донного грунта по характерным, для данного участка, параметрам и свойствам. Оценочная схема предусматривает определение комплексных показателей в интересующих местах, что позволяет охватывать большую территорию. В данном случае используются биологические методы.