Измерение качества речной воды
Эта статья описывает, как оценивается качество речной воды с использованием двух различных видов данных, биологических и физико-химических, для получения наиболее полноценной картины.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ
Биологический надзор - это единственное средство, позволяющее обнаружить изменения экологии рек, также он формирует существенное дополнение к ранее установленному физико-химическому мониторингу качества воды. В широком смысле можно сказать, что:
- физико-химический мониторинг измеряет причины загрязнения и количество загрязняющих агентов,
- биологический надзор измеряет эффекты загрязнения.
Процедуры биологического мониторинга для рек основаны, главным образом, на исследовании подходящих проживающих организмов. Чаще всего в исследованиях качества рек используются группы больших, хорошо видимых беспозвоночные животных, которые заселяют дно всех рек. Эти животные относятся к группе макробеспозвоночных, главные представители которых представляют собой молодые водные стадии определенных насекомых.
Чувствительность и толерантность к загрязнению, показанному различными членами этой животной группы, изменяется значительно от разновидностей к разновидностям. Некоторые разновидности очень чувствительны к снижению растворенного кислорода и не будут найдены в средах, где кислородные уровни недостаточно высоки. И наоборот, есть также целый ряд видов животных, которые обитают в средах с промежуточным количеством растворённого кислорода.
Характерная черта загрязненных сред - это уменьшение разнообразия видов гидробионтов с увеличением жёсткости загрязнения, а также возрастание плотности толерантных разновидностей. Временное улучшение в условиях не будет сразу отображаться в сообществе макробеспозвоночных, потому что жизненные циклы отдельных видов, в отличие от микроорганизмов, относительно длинные. Из этого следует, что перезаселение сред, которые загрязнялись ранее, займет время.
В отличие от рыб, которые подвижны и способны избегать загрязненных областей, макробеспозвоночные не в состоянии избегать загрязнения таким же способом, поэтому сообществу придется испытывать на себе полный ряд природных условий, которые воздействуют на его специфическое место обитания. Таким образом, состав сообщества какой-либо предоставленной точки реки отображает среднее качество воды в этой специфической точке. Данный факт делает процедуру оценки с помощью макробеспозвоночных ценным инструментом оценки качества вод.
ПРОЦЕДУРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ АГЕНТСТВА ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Биологическая оценка качества воды Агентства охраны ОС основаны на исследовании состава сообществ макробеспозвоночных, которые населяют дно рек и потоков. Эти сообщества охватывают, в основном, незрелые водные стадии насекомых, вместе с ракообразными (креветки), моллюсками (улитки и двустворчатые моллюски), червями, пиявками. Для анализа предпочтительнее всего мелкие, хорошо вентилуруемые, быстро текущие участки рек, так как они показывают яснее всего статус качества воды и эффекты загрязнения.
Для оценки сообщества были разбиты произвольно на четыре группы - чувствительные, менее чувствительные, толерантные и наиболее толерантные формы. Относительные пропорции различных организмов в образце определены, и вывод о статусе качества воды делается при сравнении с ожидаемыми соотношениями в незагрязненных местах обитания типа. Процедура оценки также принимает во внимание другие уместные факторы, как например интенсивность водорослей и/или сорняков, мутность воды, природа нижних слоёв, скорость потока и глубина воды. Биологическая информация группируется с помощью биотического индекса (Значения Q), который связывает произвольно выбранное значение с составом и качеством воды:
| Биотический Индекс ( Q) |
Качество Воды |
| 5 (разнообразие высоко) |
отличное |
| 4 (слегка уменьшенное разнообразие) |
хорошее |
| 3 (существенно уменьшенное разнообразие) |
сомнительное |
| 2 (низкое разнообразие ) |
бедное |
| 1 (очень низкое разнообразие ) |
плохое |
Промежуточные значения, напр. Q3-4 или Q1-2, используются, чтобы описать условия. Также, там, где подозреваются ядовитые влияния, присоединен суффикс 0 к подходящему Q-значению, напр. Q 1/0 или Q 1-2/0. В целях простоты были определенны четыре главных класса качества воды. Они связывают значения Q с масштабом и указывают степень загрязнения как указано ниже:
| Показатели качества |
Категория качества речной воды |
| Q5, Q4-5, Q4 |
незагрязненная |
| Q3-4 |
слегка загрязненная |
| Q3, Q2-3 |
умеренно загрязненная |
| Q2, Q2-1, Q1 |
серьёзно загрязненная |
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Очень важным в управлении водными ресукрсами является знание концентрации различных компонентов (естественный или загрязняющих) воды. В наиболее часто встречаемой форме загрязнения, связанным с биодеградацией, физико-химическая оценка качества воды обычно основывается на пяти параметрах: биохимическое потребление кислорода (БПК), аммоний-ион, нитраты, фосфаты и растворенный кислород.
Растворённый кислород, обсуждаемый в Листе Брифинга 11, имеет кардинальную важность и всегда определяется в физико-химическом надзоре рек. Параметры, аммоний, который ядовит, а также нитраты и фосфаты, которые являются питательными веществами, а следовательно и эвтрофирующими факторами, полностью обсуждались в Листе Брифинга 11. Остановимся на БПК, который прокомментируем здесь.
В тесте БПК, измеряют норму потери кислорода в образце, выдержанном в стандартных условиях. Поглощение кислорода происходит благодаря деятельности микроорганизмов по разрушению присутствующего в пробе органического вещества. Большее количество потери кислорода говорит об увеличенном присутствии органических загрязнителей в пробе. Поэтому данный тест обеспечивает определение общего уровня заражения анализируемой воды биодеградирующим загряхнителем.
Конечно, этот ограниченный ряд параметров не охватывает полностью все параметры воды, как например цвет, pH (который указывает степень кислотности или щёлочности), хлориды (главный компонент сточной воды и других стоков), которые определяются почти всегда в речных водах.
В отличие от биологической оценки, физико-химическая оценка привязана к дискретными пробами воды и к условиям в именно тот момент взятия пробы. Для того, чтобы получить надежную оценку физико-химическим методом анализы должны повторяться с регулярными промежутками. Необходимая частота отбора проб определяется диапазоном встречаемых состояний. Наибольшие значения изменчивости достигается во время сброса выпусков, особенно тогда, когда они скачкообразны.
СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕДУР
Достоинством физико-химических методов является точность, избирательность и количественность. Они существенны, если незагрязненные воды должны быть химически "типизированы", или если загрязняющие агенты в воде должны быть идентифицированы и определены количественно. Информация этого типа имеет большое значение для управления водными ресурсами, так как эта информация обеспечивает исходные данные, требуемые властями для оценки соответствия имеющегося качества вод предписанным стандартами. Однако, относительно общего мониторинга качества, особенно в Ирландии, где есть большое число чистых рек, которые контролируются, возможные затраты по данному методу принимаются во внимание при необходимость повторять анализы для сбора достаточных данных для оценки.
Напротив, зимой и летом биологическая оценка обычно обеспечила бы разумно точное указание среднего качества воды, тогда как физико-химических анализов обычно требовалось бы значительно большее число, чтобы достичь такой же степени доверия. К тому же, если нагрузка нерегулярна или тайная есть вероятность, что физико-химический мониторинг не сможет обнаружить это; наоборот, эта нагрузка будет выявлена биологическими методами.
Свойства методов, описанных выше, сведены в следующей таблице, которая показывает, что самый удовлетворительный подход к надзору качества речной воды состоит вобъединении обоих процедур, совместно е использование которых наиболее выгодно.
| Параметр |
Мониторинг работы |
| Химический |
Биологический |
| Точность (т.е. оценка концентрации загрязняющего агента |
Высокая |
Низкая |
| Избирательность (какой вид загрязнения) |
Высокая |
Низкая |
| Надёжность (насколько представительно |
Низкая |
Высокая |
| Измерение эффектов |
Нет |
Есть |
| Относительные затраты |
Высокие |
Низкие |