Мониторинг состояния почв, поверхностных и подземных вод
1. Обобщенная программа мониторинга загрязнения почв
При оценке степени загрязнения почвы из-за чрезвычайно большой трудоемкости и стоимости проводимых работ не всегда нужна сплошная съемка загрязненных почв. Целесообразнее и экономичнее прослеживать пути воздушного и водного загрязнения почв, анализируя объединенные образцы, которые следует отбирать на ключевых участках, расположенных в секторах-радиусах вдоль преобладающих воздушных потоков.
Под ключевым участком понимается участок (1...10 га и более), характеризующий типичные, постоянно повторяющиеся в данном районе сочетания почвенных условий и условий рельефа, растительности и других компонентов физико-географической среды. Основную часть ключевых участков следует располагать в направлении двух экстремальных лучей (румбов) розы ветров. При нечетко выраженной розе ветров участки должны характеризовать территорию равномерно в направлении всех румбов розы ветров. Если есть основание полагать, что миграция тяжелых металлов связана с водными потоками, то направление лучей нужно согласовывать с вектором водной миграции. Общее количество исследуемых участков – 15... 20.
Изучение процессов загрязнения почв на ключевых участках проводится более детально, чем на остальных территориях. Оно довольно трудоемко и требует много времени. Ключевые участки размещают на обследуемой территории таким образом, чтобы они характеризовали все возможные ландшафтно-геохимические условия, разнообразие генезиса, состава и сочетания почв, типичные биоценозы и, конечно, фоновые и техногенные участки.
При наблюдении за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами большое значение имеет сравнение изменений, происходящих по мере увеличения или уменьшения влияния того или иного фактора, и вызванных этими изменениями закономерных смен степени загрязнения почв различными ингредиентами в пространстве. Наиболее четко эти закономерности можно выявить на почвенно-геоморфологических профилях, секущих всю территорию вдоль преобладающих направлений ветра, что является ценным методом исследования сопряженных связей между распределением загрязняющих веществ в почвах и средой.
Под почвенно-геоморфологическим профилем следует понимать заранее выбранную узкую полосу земной поверхности, на которой установлена связь степени загрязнения почв с одним или нескольким экологическими факторами. Почвенно-геоморфологические профили закладываются по векторам розы ветров. Профили не могут полностью заменить ключевые участки, особенно в тех случаях, когда изменение степени загрязнения почв обусловлено характером микрорельефа, связь которого с загрязнением почв наиболее наглядно проявляется на большой территории. Следовательно, почвенно-геоморфологические профили и ключевые участки должны дополнять друг друга.
Достоверно установлено, что техногенные выбросы, загрязняющие почвенный покров через атмосферу, сосредоточиваются в поверхностных слоях почвы. Тяжелые металлы сорбируются, как правило, в первых 2...5 см от поверхности. Загрязнение нижних горизонтов происходит в результате обработки почвы (вспашки, культивации, боронования), а также вследствие диффузионного и конвективного переноса через трещины, ходы почвенных животных и растений. Поэтому наиболее четкая картина загрязненности почвенного покрова тяжелыми металлами может быть получена при отборе проб почв с глубин 0... 10 и 0...20 см на пашне и 0...2,5; 2,5...5,0; 5... 10; 10...20 и 20...40 см на целине или старой залежи.
Объединенная проба составляется, как правило, методом так называемого «конверта». Все дальнейшие операции с первичной обработкой почв аналогичны операциям, осуществляемым при контроле за загрязнением почв пестицидами. После отбора проба почвы направляется на анализ в лабораторию. К каждой пробе прилагается талон, содержащий основные необходимые сведения о самой почве и условиях ее отбора. В сопроводительном талоне указываются порядковый номер образца, число, месяц и год отбора, а также либо фактическое название, либо номер или условное обозначение пункта, расшифрованное в рабочем журнале.
При наблюдениях за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в сопроводительном талоне указываются расстояния от источника загрязнения или внешней границы города, а также направление от источника загрязнения – азимуты по 16 направлениям (север, северо-северо-восток, северо-восток и т.д.), отмечаются показатели рельефа местности: крутизна склона, их расположение (северная, восточная, южная и западная); часть склона (верхняя, средняя или нижняя треть); основные точки и линии рельефа территории, на которой закладывается площадка; вершины, котловины, водоразделы, поймы. Кроме того, указываются глубина залегания грунтовых вод, определяемая по глубине колодцев (открытых и артезианских), сельскохозяйственная культура (настоящая и предшествующая) или естественная растительность и их состояние (удовлетворительное, хорошее, неудовлетворительное), а также состояние поверхности почвы (наличие или отсутствие микроповышений или микропонижений, борозд, кочек) и качество ее обработки. Пробы почв и сопроводительные талоны к ним сохраняются в лаборатории в течение полутора-двух лет.
Критериями при составлении перечня загрязняющих почву веществ, подлежащих контролю, являются их токсичность, распространенность и устойчивость.
2. Контроль загрязнения почв пестицидами
Пестициды включают в себя следующие вещества: инсектициды – для борьбы с нежелательными насекомыми, гербициды – для уничтожения сорняков, фунгициды – для борьбы с грибковыми болезнями. Кроме того, существуют еще фумиганты и репелленты (вещества, повышающие урожайность сельскохозяйственных культур). Применение пестицидов способствует повышению урожая от 20 до 60 % при затратах 1... 5 % от общих издержек. Будучи биологически активными, они часто оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду.
В настоящее время существуют конкретные правила и методы отбора проб почв для определения микроколичества пестицидов и гербицидов, разработанные Институтом экспериментальной метеорологии (ИЭМ) Росгидромета. В соответствии с этими правилами наблюдения и контроль за загрязнением почв пестицидами и гербицидами включают в себя несколько важных моментов, на которые следует обратить внимание.
При подготовке к наблюдениям и контролю за загрязнением почв в полевых условиях, как правило, изучается имеющийся материал о физико-географических условиях объекта исследования, осуществляется детальное ознакомление с информацией о длительности применения пестицидов в хозяйствах изучаемого объекта, выявляются так называемые выборочные хозяйства с наиболее интенсивным (по объему) применением пестицидов в течение последних 5... 7 лет, анализируются материалы об урожайности сельскохозяйственных культур и т.д.
Исследование загрязнения почв пестицидами проводится на постоянных и временных пунктах наблюдения. Постоянные пункты создаются в различных хозяйствах района обследований не менее чем на 5-летний период. Число постоянных пунктов зависит от числа и размеров хозяйств. Кроме выборочных хозяйств, постоянные пункты создаются на территориях молокозаводов, мясокомбинатов, элеваторов, плодоовощных баз, птицеферм, рыбхозов и лесхозов и т.д. Для оценки фонового загрязнения почв пестицидами выбираются участки, удаленные от сельскохозяйственного и промышленного производства, находящиеся в «буферной зоне» заповедников. На временных пунктах наблюдение и контроль за загрязнением почв пестицидами осуществляются в течение одного вегетационного периода или года.
Как правило, в каждом хозяйстве обследуются 8... 10 полей под основными культурами. В каждом крае и области ежегодно нужно обследовать несколько хозяйств, равномерно распределенных по территории (не менее 2). Для оценки загрязнения инсектицидами, гербицидами, фунгицидами и другими пестицидами почвы отбираются 2 раза в год: весной после сева и осенью после уборки урожая. При установлении многолетней динамики остаточных количеств пестицидов в почвах или же миграции их в системе почва–растения наблюдения проводятся не менее 6 раз в год (фоновые – перед посевом, 2...4 раза во время вегетации культур и 1... 2 раза в период уборки урожая).
Для оценки площадного загрязнения почв пестицидами обычно составляется исходная проба почвы, в которую входят 25...30 проб (выемок), отобранных в поле по диагонали тростевым почвенным буром, который погружается в почву на глубину пахотного слоя (0... 20 см). Почва, попавшая в пробу из подпахотного слоя, удаляется. Масса почвы, отобранной тростевым буром, составляет 15... 20 г. Отбор проб почвы можно производить лопатой. Если наблюдения за загрязнением почвы пестицидами производятся в садах, то каждая проба отбирается на расстоянии 1 м от ствола дерева. Пробы-выемки, из которых составляется исходная проба, должны быть близки между собой по окраске, структуре, механическому составу и т.д.
В целях изучения вертикальной миграции пестицидов, как правило, закладываются почвенные разрезы, размеры (глубина) которых зависят от мощности почв. Почвенные разрезы представляют собой глубокие шурфы, пересекающие всю серию почвенных горизонтов и вскрывающие верхнюю часть подпочвы, т.е. неизменные или слабо измененные материнские породы.
В выбранном на поверхности земли месте очерчивают форму шурфа – продолговатый четырехугольник со сторонами примерно 0,8 х 1,5... 2,0 м. Одна из коротких стенок шурфа к моменту описания должна быть обращена к солнцу. Эта стенка будет «лицевой», рабочей, предназначенной для изучения разреза почвы.
Перед взятием проб почвы производится краткое описание места расположения разреза и почвенных горизонтов (влажность, цвет, окраска, механический состав, структура, сложение, новообразования, включения, развитие корневых систем, следы деятельности животных, мерзлота). Пробы почвы берутся на «лицевой» стороне начиная с нижних горизонтов. С каждого генетического горизонта почвы берется один образец толщиной 10 см.
Площади поля, загрязнение которого характеризует одна исходная проба почвы, для разных категорий местности и почвенных условий неодинаковы.
Отобранные тем или иным способом пробы-выемки ссыпаются на крафт-бумагу, затем тщательно перемешиваются и квартуются 3 – 4 раза. После квартования почва тщательно перемешивается и делится на 6...9 частей, из центров которых берется примерно одинаковое количество почвы и насыпается в полотняный мешочек или на крафт-бумагу. Масса полученного исходного образца почв должна составлять 400... 500 г. Образец снабжается этикеткой и регистрируется в полевом журнале, в котором записываются следующие данные: порядковый номер образца, место отбора, рельеф, вид сельскохозяйственного угодья, площадь поля, дата отбора, кто отбирал.
Исходные пробы почв должны анализироваться в естественно-влажном состоянии. Если по каким-либо причинам произвести анализ в течение одного дня не представляется возможным, то пробы высушиваются до воздушно-сухого состояния в защищенных от солнца местах. В лаборатории из воздушно-сухого образца методом квартования берется средняя проба массой 0,2 кг. Из нее удаляются корни, камни, инородные включения, затем она растирается в фарфоровой ступке и просеивается через сито с отверстиями диаметром 0,5 мм, после чего из нее берут навески по 10...50 г для химического анализа.
3. Контроль загрязнения почв вредными веществами промышленного происхождения
Перед выполнением полевой программы наблюдений за уровнем загрязнения почв в природных и сельскохозяйственных ландшафтах необходимо провести планирование работ, т. е. определить примерное количество точек отбора почв, которые дадут основной физический материал, составить схему их территориального размещения, наметить полевые маршруты или последовательность обработки площадей, установить календарные сроки исполнения задания. Помимо этого следует проверить наличие и качество топографического материала, а также тематических карт (почвенных, геоботанических, геологических, геохимических и др.). Кроме того, необходимо собрать сведения об источниках загрязнения почв на территории (расположение, используемое сырье, объем производства, отходы), а также установить связь с учреждениями, которые заинтересованы в предполагаемых обследованиях.
Наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами в городах и на окружающей территории носят характер экспедиционных работ и поэтому включают в себя все мероприятия по подготовке к ним. Время проведения экспедиционных работ и отбора почв не имеет принципиального значения. Однако удобнее всего сбор материалов проводить в сухое время года, в период уборки урожая основных сельскохозяйственных культур, т. е. летом и в начале осени. При развернутых стационарных наблюдениях отбор проб производится независимо от времени экспедиционных работ. Повторные наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами ранее обследованных территорий осуществляются через 5... 10 лет.
При выборе участков наблюдения на территориях, используемых в сельском хозяйстве, исходным рабочим документом служит топографическая основа (карта) определенного масштаба (обычно 1:10 000). Контуры (схема) города (рабочего поселка) или промышленного комплекса размещаются, как правило, в центре плана местности, который переснимается с топографической основы. Из геометрического центра (город, промышленный комплекс, завод и т.д.) с помощью циркуля наносятся окружности на расстояниях 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30 и 50 км, т.е. обозначается зона возможного загрязнения почв, которая определяется скоростью и частотой ветров данного румба (розой ветров), характером выбросов в атмосферу (плотностью вещества, дисперсностью частиц), высотой труб, рельефом территории, растительностью и т.д. Значительное количество тонкодисперсных аэрозолей и газов, содержащих тяжелые металлы, остается в атмосфере, переносится на большие расстояния и поступает в глобальный круговорот на планете.
На подготовленный таким образом план местности наносятся контуры многолетней розы ветров по 8... 16 румбам. Самый большой вектор, соответствующий наибольшей повторяемости ветров, откладывается в подветренную сторону. Его длина составляет 25...30 см, т.е. 25...30 км. Таким образом, в контур, образованный розой ветров, схематически включается территория наибольшей загрязненности тяжелыми металлами. Затем в направлении радиусов строятся секторы шириной 200...300 м вблизи источников загрязнения с постепенным расширением до 1... 3 км. В местах пересечения осей секторов с окружностями располагаются ключевые участки, а на них – сеть опорных разрезов, пункты и площадки взятия проб.
Для более полного понимания взаимосвязи между почвами, природными и хозяйственными условиями района проводится предварительное рекогносцировочное (разведочное) обследование местности. Во время рекогносцировки проверяются и закрепляются сведения, взятые из различных источников, формируются личные воззрения и закрепляются в памяти важные особенности объекта предстоящих обследований. Рекогносцировочные обследования проводятся маршрутным путем и зависят от природной сложности территории, степени ее изученности, площади и масштаба обследований. При детальных обследованиях загрязнения почв вокруг единичного источника бывает достаточно 1 – 2 раза пересечь участок. При обследовании больших площадей (сельскохозяйственных полей, местности вокруг городов и т.д.) требуются значительные усилия и время, чтобы обойти всю местность, пересекая ее по главным географическим элементам.
В результате рекогносцировки выявляются основные ландшафтные особенности территории, общие закономерности пространственных изменений почвенного покрова, главные формы почвообразования и др. Одновременно проводится ознакомление с местным фондовым материалом, собираются сведения о климате и микроклимате, погодных условиях последних лет, заболеваниях людей, вызываемых повышенным содержанием вредных веществ в экосистеме.
После отбора нескольких проб почвы составляется объединенная проба, после чего она направляется в лабораторию вместе с сопроводительным талоном.
4. Контроль радиоактивного загрязнения почв
Радиоактивные выпадения из атмосферы, попавшие на поверхность почвы, задерживаются в ней. Радионуклиды с большим периодом полураспада накапливаются в поверхностном слое почвы. Это позволяет определять суммарное значение выпадений за продолжительный период времени. Исследование вертикального распределения радионуклидов по профилю почвы позволяет не только правильно определить содержание радиоактивных веществ в почве, но и оценить мощность дозы, вызванную гамма-излучением того или иного радионуклида, определить скорость миграции радионуклидов в почве, выявить низкие уровни промышленного загрязнения на фоне глобального или «свежие» радиоактивные выпадения на фоне «старого» загрязнения, а также количество радионуклидов в почве.
Для контроля за радиоактивным загрязнением почв применяется метод отбора проб почв с последующим их гамма-спектрометрическим анализом в лабораторных условиях. Кроме того, в полевых условиях может быть также использован метод непосредственного гамма-спектрометрического анализа гамма-излучения, испускаемого почвой, с помощью портативного гамма-спектрометра (экспресс-анализа с помощью приборов «Белла» и СРП-88).
Для того чтобы результаты измерения могли быть распространены на всю исследуемую территорию, а не характеризовать только место отбора пробы, места отбора проб должны быть представительными. Представительность отобранной пробы может быть обеспечена в том случае, если поверхность почвы в месте отбора не подвергается смыву во время ливней или паводковыми водами, а также не может быть смещена сильными ветрами в результате эрозии. В месте отбора проб не должно также быть наносов почвы. Отбор проб следует проводить на открытых горизонтальных участках с ненарушенной структурой, при этом необходимо следить, чтобы на эти участки не могла попасть почва, смываемая с соседнего участка.
В результате миграции радионуклиды проникают вглубь почвы. Скорость такого проникновения зависит от состояния поверхности почвы и ее влажности. Глубина проникновения на легких почвах для глобального цезия-137 может достигать 50 см, а для стронция 90 – 100 см. Однако основное количество радионуклидов сосредоточено в верхнем 10-сантиметровом слое почвы, поэтому необходимо наиболее тщательно проводить исследование вертикального распределения загрязнения в этом верхнем слое почвы.
В зависимости от величины загрязнения отбор проб проводится или в случае отсутствия заметного вклада мощности дозы гамма-излучения от выпавшего загрязнения, или в случае, когда мощность дозы на поверхности почвы обусловлена выпавшим загрязнением.
В первом случае используют специальные пробоотборники цилиндрической формы диаметром 26 см. Для исследования вертикального распределения загрязнения отобранный монолит почвы делят на слои. Толщина первых четырех слоев должна составлять 0,5 см, следующих четырех слоев – 1 см и последующих двух слоев – 2 см.
Поскольку загрязняющие радионуклиды могут попасть в почву и на глубину более 10 см, для исследования их вертикального распределения используется пробоотборник, позволяющий проводить отбор почвы на глубине 40...50 см и на пахотных участках. Площадь пробоотборника 100 см2, высота 70 см. Пробоотборник имеет уменьшенный диаметр по сравнению с указанным выше. Это объясняется тем, что на пахотных почвах и глубинах более 10 см изменение содержания радионуклидов в почве с глубиной значительно меньше, чем в поверхностном слое почвы. В связи с этим можно проводить исследование более толстых слоев, а следовательно, лунки для отбора пробы могут быть меньшего диаметра. Кроме того, уменьшение диаметра пробоотборника позволяет исключить попадание почвы из верхних слоев в нижние.
После забивания пробоотборника в почву его выкапывают, разбирают на две половинки, а отобранную пробу делят на куски высотой 5 см. Пробы упаковывают в полиэтиленовые мешки и заворачивают в крафт-бумагу, снабжая этикетками с подробным описанием места отбора пробы и состояния поверхности почвы.
5. Обобщение результатов мониторинга почв
Негативные последствия антропогенного загрязнения почв проявляются на региональном и на глобальном уровнях. Поэтому в настоящее время разработка программ наблюдения за химическим загрязнением почв является наиболее актуальной задачей. Создание таких программ требует прежде всего правильной оценки современного состояния почв, т.е. организации системы наблюдений и оценки состояния почв, испытывающих воздействие антропогенных загрязняющих веществ.
Содержание и характер проведения наблюдений за уровнем загрязнения почв и их картографирование в сельских и городских условиях имеют свою специфику. Задачами наблюдений являются:
- регистрация современного уровня химического зягрязнения почв, а также выявление географических закономерностей и динамики временных изменений загрязнения почв в зависимости от расположения и технологических параметров источника загрязнения;
- прогноз изменения химического состава почв в ближайшем будущем и оценка возможных последствий их загрязнения;
- обеспечение заинтересованных организаций информацией об уровне загрязнения почв.
С учетом перечисленных выше задач можно выделить следующие виды наблюдений:
- режимные, т. е. систематические наблюдения за уровнем содержания химических веществ в почвах в течение определенного промежутка времени;
- комплексные, включающие в себя исследования процессов миграции загрязняющих веществ в системах атмосферный воздух – почва, почва – растение, почва – вода и почва – донные отложения;
- изучение вертикальной миграции загрязняющих веществ в почвах по профилю;
- за уровнем загрязнения почв в определенных пунктах, намеченных в соответствии с запросами тех или иных организаций.
Таким образом, при наблюдениях за уровнем загрязнения почвы необходимо получить представление не только о степени ее химического загрязнения в настоящее время, но и о путях развития происходящих процессов в будущем, и в частности в период, когда будут проводиться мероприятия, направленные на уменьшение химического загрязнения почвы, существенно изменяющие ее водный, тепловой, солевой, биологический и другие режимы.
В то же время состояние и прогноз загрязнения почвы не может базироваться только на анализах проб. Почва – это элемент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения всех компонентов природного и антропогенного комплексов, всех путей накопления загрязняющих веществ в природных, сельских и городских условиях. Информация о загрязнении почв поступает в лаборатории в виде сопроводительных талонов, а анализы почв – в виде рабочих таблиц. По этим данным составляют справки и обзоры, а также дают так называемую штормовую информацию. В установленные методиками Гидромета сроки данные анализа почвы наносятся на технохимические карты.
6. Мониторинг подземных вод
Гидрогеологический мониторинг (в разных редакциях “мониторинг подземных вод”, или “мониторинг подземных водных объектов”) является подсистемой Государственного мониторинга состояния недр и одновременно подсистемой Государственного мониторинга водных объектов. Выделение подземных вод в самостоятельную подсистему Государственного мониторинга учитывает особенности и свойства, отличающие их от других компонентов геологической среды:
подземные воды как полезное ископаемое являются одним из видов, а в ряде районов единственным источником питьевого водоснабжения населения и объектов промышленности;
подземные воды широко распространены на всей территории Российской Федерации. Они характеризуются различными значениями количественных и качественных показателей, которые определяют геолого-экономические условия формирования и использования различных типов месторождений подземных вод;
подземные воды, с одной стороны, отличаются подвижностью, высокой динамичностью и уязвимостью к воздействию природных и техногенных факторов, с другой — значительной инерционностью, что приводит во многих случаях к необратимости процессов их загрязнения и истощения;
подземные воды представляют собой единственный вид полезных ископаемых, который характеризуется возобновляемостью ресурсов, обусловленной наличием источников их современного питания;
подземные воды связаны с различными видами недропользования, определяя в ряде случаев технологию разведки и эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых, а также проектирование, строительство и эксплуатацию промышленных и гражданских сооружений;
подземные воды являются одним из важнейших факторов, определяющих интенсивность развития опасных и негативных геологических процессов;
подземные воды тесно связаны с другими компонентами окружающей среды, определяя в ряде случаев изменения их текущего состояния (Проект Концепции Государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации на период до 2010 года, 2004).
В соответствии с общим определением гидрогеологический мониторинг представляет собой, во-первых, систему регулярных наблюдений, сбора и накопления информации о состоянии подземных вод, во-вторых — систему обобщения и анализа этой информации и разработки на этой основе прогнозов изменения состояния подземных вод под воздействием естественных и антропогенных факторов. Объектами изучения (организации наблюдений) при ведении мониторинга являются так называемые природные и природно-техногенные системы (Концепция..., 2004).
Под природными системами понимаются участки, в пределах которых подземные воды (недра) не подвержены заметному влиянию антропогенного воздействия (естественные условия).
Под природно-техногенными — территории (участки), в пределах которых подземные воды испытывают заметное влияние одного (простые системы) или нескольких (сложные системы) видов антропогенного воздействия.
Система регулярных наблюдений включает контроль за изменениями уровней подземных вод в режимных скважинах и колодцах, дебитами опорных родников, объемами эксплуатации (отбором) воды и величинами пополнения запасов с помощью различных
технических мероприятий, физическими свойствами (температура, вкус, запах и др.), химическим составом и минерализацией подземных вод. В соответствии с общими требованиями основной объем наблюдений должен быть ориентирован на первый от поверхности водоносный горизонт (наиболее подверженный антропогенному воздействию, прежде всего загрязнению подземных вод) и водоносные горизонты, используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения (шахтного водоотлива, закачки жидких промышленных отходов и др.). Определенный объем наблюдений должен быть ориентирован также на изучение режима подземных вод в естественных условиях (природные системы) для оценки возможных изменений их состояния под воздействием природных факторов.
Таким образом, система Государственного гидрогеологического мониторинга в современных условиях обеспечивает получение основного объема фактической (натурной) информации о состоянии подземных вод территории Российской Федерации. Реализация задачи последовательного накопления этой информации в каждом пункте наблюдений определяет ее особую “временную” (многолетнюю) функцию, что практически недостижимо при любых других полевых гидрогеологических работах из-за неизбежной кратковременности их проведения.
В соответствии с методическими требованиями реализация Государственного гидрогеологического мониторинга (так же, как и других подсистем мониторинга состояния природной среды) осуществляется на трех уровнях: локальном (объектном), территориальном (региональном) и общефедеральном.
Гидрогеологический мониторинг локального уровня осуществляется на конкретных объектах недропользования (водозаборы, горнорудные предприятия, участки захоронения токсичных отходов и др.), а также на объектах, не связанных с использованием недр, деятельность которых может оказывать существенное воздействие (главным образом путем загрязнения) на подземные воды (промышленные предприятия, отстойники и шламонакопители, места складирования промышленных и бытовых отходов и др.). В связи с преимущественным влиянием одного (конкретного) вида антропогенного воздействия такие участки рассматриваются как простые природно-техногенные системы.
Организация сети и состав наблюдений в системе локального мониторинга, помимо общих требований (контроль за уровнями, минерализацией, химическим составом подземных вод и др.), определяются геолого-гидрогеологическими условиями участка и характером антропогенного воздействия (связь водоносных горизонтов при их ярусном залегании, взаимодействие подземных и поверхностных вод, наличие специфических, в том числе токсичных компонентов загрязнения и др.).
В соответствии с общими требованиями организация и проведение наблюдений (финансирование работ) на сетях локального мониторинга выполняются непосредственно недропользователем или хозяйствующим субъектом. Государственные органы осуществляют контроль на стадии утверждения проекта сети локального мониторинга и выполнения состава наблюдений, предусмотренных проектом.
Гидрогеологический мониторинг на территориальном уровне проводится в границах территории субъекта Российской Федерации и осуществляется государственным территориальным органом ГМСН. Основными задачами ведения мониторинга на территориальном уровне является обобщение материалов локального (объектного) мониторинга и организация (проведение) наблюдений на государственной сети, в том числе на участках с естественным режимом и балансом подземных вод. Обобщение материалов территориального мониторинга осуществляется при составлении ежегодных бюллетеней, которые представляются в федеральный центр ГМСН Министерства природных ресурсов Российской Федерации.
Задачи федеральной системы мониторинга включают сбор и накопление информации, ее анализ и обобщение на региональном уровне (в пределах федеральных округов страны) и на уровне территории Российской Федерации в целом, а также организацию и ведения мониторинга на объектах федерального значения (атомные электростанции, предприятия по переработке и складированию радиоактивных отходов, крупные промышленно-городские агломерации и др.).
Сбор, накопление и систематизация материалов гидрогеологического мониторинга (так же, как и других подсистем мониторинга состояния природной среды) осуществляются на основе создания и систематического пополнения автоматизированных баз данных. Работа по ведению баз данных выполняется в территориальных органах ГМСН и в подразделениях Министерства природных ресурсов РФ. Содержание баз данных включает картографические материалы о размещении пунктов наблюдения по территории субъекта, фактические данные (замеры, анализы и др.) за весь период наблюдений, размещение основных объектов гидрогеологического мониторинга (водозаборы, населенные пункты, добывающие предприятия и др.).
Важнейшей задачей гидрогеологического мониторинга является анализ и обобщение результатов наблюдений с целью мониторинга процессов, происходящих в подземной гидросфере, и разработка на этой основе разносрочных прогнозов и управленческих решений.
В настоящее время наиболее рациональной методикой научного обобщения гидрогеологической информации для прогнозирования процессов, происходящих в подземной гидросфере, является обоснование и использование расчетных моделей разного типа и назначения. В связи с этим представляется методически важным, чтобы организация гидрогеологического мониторинга (размещение пунктов, состав наблюдений и др.) была изначально ориентирована на задачи обоснования необходимых расчетных моделей. В ряде случаев использование таких моделей целесообразно уже на уровне локального мониторинга. Так, удовлетворительное решение вопросов совершенствования и оптимизации мониторинга состава и качества подземных вод на сложных техногенных объектах (химические предприятия, полигоны захоронения токсичных промышленных отходов и др.) возможно только на основе использования миграционных моделей. Практически любые прогнозы изменения гидрогеологических условий (изменение режима и баланса подземных вод, их состава и качества) на территории субъекта Российской Федерации в целом (территориальный уровень) при наличии многочисленных разнообразных источников антропогенного воздействия на природную среду возможны только с использованием постоянно действующих гидрогеологических моделей (ПДМ), которые должны уточняться и совершенствоваться именно на основе систематической информации, получаемой при ведении мониторинга.
Использование данных систематических длительных режимных наблюдений (мониторинга) имеет принципиальное значение не только для решения важных, но в целом прикладных проблем, связанных с прогнозами и управлением подземными водами. Научное обобщение этих (натурных) данных имеет также исключительно важное значение для развития теоретического и регионального направлений гидрогеологической науки. Это прежде всего проблемы исследования роли основных природных факторов и их многолетних изменений в формировании подземных вод; исследование взаимодействия подземных и поверхностных вод и роли подземных вод в формировании водного режима ландшафтов; исследование закономерностей формирования ресурсов пресных подземных вод и др. Задачи выполнения научных обобщений данных гидрогеологического мониторинга требуют организации открытого доступа к автоматизированным базам данных. Кроме того, решение многих вопросов требует одновременного использования данных смежных подсистем Государственного мониторинга состояния природной среды, прежде всего мониторинга метеоклиматических характеристик, мониторинга поверхностных водных объектов и др. Отсутствие этой информации непосредственно в базах данных гидрогеологического мониторинга и определенные (ведомственные) сложности их получения из баз данных других подсистем значительно снижают возможности научного обобщения данных Государственной системы мониторинга.
7. Мониторинг поверхностных вод
Контроль качества поверхностных вод проводится в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07-82, устанавливающим единые требования к построению сети контроля, проведению наблюдений и обработке получаемых данных.
В основе организации и проведения контроля лежат следующие принципы: комплексность и систематичность наблюдений, согласованность сроков их проведения с характерными гидрологическими ситуациями, определение показателей качества воды едиными методами. Соблюдение этих принципов достигается с помощью:
- установления программ контроля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям);
- периодичностью проведения контроля;
- выполнением анализа проб воды по единым, обеспечивающим требуемую точность методикам, проведением гидрометрических работ.
Формирование сети пунктов контроля качества поверхностных вод. Первым этапом организации работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод является выбор местоположения пунктов контроля.
Под пунктом контроля качества поверхностных вод понимается место на воде или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды.
Пункты контроля организуют в первую очередь на водоемах и водотоках, имеющих большое хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. На водоемах и водотоках или их участках, не загрязняемых сточными водами, создаются пункты для фоновых наблюдений.
Пункты контроля располагают с учетом существующего использования водоема или водотока для нужд хозяйства и перспективных планов развития хозяйства на основании предварительных исследований. Исследования включают в себя подбор и анализ сведений о водопользователях, источниках загрязнения вод, аварийных сбросах загрязняющих веществ, данные о режимных (водных, ледовых, термических), физико-географических признаках водоема или водотока и проведение обследований водоемов или водотоков или их участков.
Пункты контроля организуют на водоемах и водотоках в районах:
- расположения городов и крупных рабочих поселков, сточные воды которых сбрасываются в водоемы и водотоки;
- сброса сточных вод отдельно стоящими крупными промышленными предприятиями (заводами, рудниками, шахтами, нефтепромыслами, электростанциями и т.п.), территориально-производственными комплексами, организованного сброса сельскохозяйственных сточных вод;
- мест нереста и зимовья ценных и особо ценных видов промысловых организмов;
- предплотинных участков рек, являющихся важными для рыбного хозяйства;
- пересечения реками государственной границы РФ и границ союзных республик СНГ;
- замыкающих створов больших и средних рек;
- устьев загрязненных притоков больших водоемов и водотоков.
На водоемах с интенсивным водообменом (свыше 5,0) расположение створов аналогично расположению их на водотоках: один створ устанавливают примерно на 1 км выше источника загрязнения (вне влияния сточных вод), остальные створы — ниже источника загрязнения (не менее двух, на расстоянии 0,5 км от сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязненности). Границу зоны загрязненности (части водоема, в которой нарушены нормы качества воды по одному или нескольким показателям) устанавливают по размерам максимальной зоны загрязненности, определенной расчетным путем и уточненной при проведении обследования водоема.
На водоемах с умеренным (0,1...0,5) и замедленным (до 0,1) водообменами один створ устанавливают в части водоема, не подверженной загрязнению. Другой створ совмещают со створом сброса сточных вод, остальные створы располагают параллельно ему по обе стороны (не менее двух, на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод и непосредственно за границей зоны загрязненности).
Количество горизонтов на вертикали определяется глубиной водоема или водотока в месте измерения. При глубине до 5 м устанавливается один горизонт (у поверхности льда зимой), при глубине от 5 до 10 м — два (у поверхности и в 0,5 м от дна), а при глубине более 10 м — три (дополнительно промежуточный, расположенный на половине глубины).
На глубоких водоемах горизонты устанавливаются у поверхности, на глубине 10; 20; 50 и 100 м и у дна (в разноплотностном водоеме назначается дополнительный горизонт, который располагается в слое скачка плотности).
Установление категории пункта контроля качества поверхностных вод.
Пункты контроля подразделяются на четыре категории, определяющие периодичность проверки качества вод и программу контроля.
Категорию пункта устанавливают с учетом следующих факторов: хозяйственного значения водного объекта, качества воды, размера и объема водоема, размера и водности водотока и др.
При наличии организованного сброса сточных вод должно быть создано не менее двух створов — выше и ниже источника загрязнения.
Контроль категории по гидробиологическим показателям рекомендуется проводить ежемесячно (по сокращенной программе) и ежеквартально (по полной программе). При этом ежемесячный контроль категории по сокращенной программе проводится только в вегетационный период.
При отсутствии возможности проведения контроля по гидробиологическим показателям в указанные выше сроки следует проводить его в сроки, наиболее показательные для оценки состояния водных экосистем. Ими являются начало, середина и конец вегетационного периода, что соответствует окончанию весеннего половодья, периоду летней межени и времени, предшествующему ледоставу. В течение зимнего периода по возможности осуществляется одна гидробиологическая съемка, так как состояние организмов, их количественный и качественный составы в этот период являются важными показателями степени загрязненности водоема или водостока.
Допускается проведение одноразового гидробиологического контроля в тех пунктах, на которых в результате регулярных гидробиологических съемок в течение двух-трех предшествующих лет не было определено изменений экологической обстановки. При одноразовом контроле особенно важно правильно выбрать место отбора проб, охватив по возможности более полно все разнообразие биологических периодов.
Если определить гидробиологические показатели невозможно, допускается проведение контроля только по гидрохимическим и гидрологическим показателям.
Сокращенная программа контроля № 2 по гидрологическим и гидрохимическим показателям предусматривает определение расхода воды, м3/с (на водотоках) или ее уровня, м (на водоемах); температуры, °С; водородного показателя (рН); удельной электрической проводимости, См/м; концентрации веществ, мг/дм3 (мг/л); химического потребления кислорода, мг/дм3 (мг/л); биохимического потребления кислорода за 5 сут, мг/дм3 (мг/л); концентрации двух-трех загрязняющих веществ, основных для воды в данном пункте контроля, мг/дм3 (мг/л); проведение визуальных наблюдений.
Сокращенная программа контроля по гидрологическим и гидрохимическим показателям предусматривает определение расхода воды, м3/с; скорости течения, м/с (на водотоках при опорных измерениях расхода воды) или уровня, м (на водоемах); температуры, °С; показателя кислотности рН; концентрации взвешенных веществ, мг/дм3 (мг/л); концентрации растворенного кислорода, мг/дм3 (мг/л); химического потребления кислорода, мг/дм3 (мг/л); биохимического потребления кислорода за 5 сут, мг/дм3 (мг/л); концентрации всех загрязняющих воду в данном пункте веществ, мг/дм3 (мг/л); проведение визуальных наблюдений.
Перечень загрязняющих веществ, характерных для воды данного пункта контроля, которые должны проверяться по сокращенным программам, составляется на основании данных о составе сбрасываемых в районе пункта контроля сточных вод и предварительных обследований водного объекта. На первом этапе работы при формировании программ контроля может быть использован ориентировочный перечень загрязняющих веществ, который затем будет уточняться по результатам обследований участка водного объекта.
При проведении обследований на водоеме в местах организованного сброса сточных вод устанавливают ряд радиальных створов. Вертикали на створах располагают таким образом, чтобы первые из них были на расстоянии 0,5 км от места сброса сточных вод, а последние — за пределами зоны загрязненности.
Принцип расположения вертикалей и горизонтов при проведении обследований такой же, как и при проведении систематических наблюдений.
Обследования следует проводить в сроки, связанные с основными фазами водного режима для условий минимального и максимального расходов:
- на водотоках — в половодье, зимнюю и летнюю межень (т.е. при самом низком уровне воды);
- на водоемах с умеренным и замедленным водообменами — в летнее время или осенью до начала дождей;
- на водоемах с интенсивным водообменом — весной в период максимального притока и в летне-осенние месяцы при минимальных уровнях воды; на водоемах при наиболее низких уровнях — во время ледостава.
Далее в соответствии с результатами анализа проб воды, отобранных во время проведения обследований:
- проверяют правильность расчета створов смешения природных и сточных вод и зон загрязненности воды, а затем с учетом максимального удаленного створа сравнительно полного (не менее 80 %) смешения и максимальных размеров зоны загрязненности уточняют расположение створов, вертикалей и горизонтов в пункте;
- определяют категорию пункта контроля с учетом загрязненности воды, выявленной во время обследований;
- назначают при систематическом контроле характерные для данного пункта загрязняющие вещества, выбирая те, содержание которых в воде превышает норму;
- составляют программу работ в пункте, устанавливающую контролируемые показатели качества воды, периодичность и сроки проведения контроля.