Научные основы охраны вод (Е.В. Веницианов)

Научные основы охраны вод

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ

Факторы воздействия

природные антропогенные



Параметры состояния:

гидрологические

гидрохимические

гидробиологические

экосистимные






Внутриводоемные процессыВнутриводоемные процессы

УправлениеУправление

Мониторинг состояния и воздействий


Оценка

состояния

Оценка

состояния

Водный объект

Направление: факторы воздействия

Кругооборотнаправлений

1. Гидрофизические параметры1.1. Температурный режим1.2. Режим динамики наносов

2. Гидрологические параметры2.1. Гидрография и морфометрия 2.2. Режим течения и уровенный режим 2.3. Волновой режим

3. Гидрохимические параметры3.1. Физические параметры качества воды3.2. Химические параметры качества воды

4. Гидробиологические параметры4.1. Продукционно-деструкционные характеристики4.2. Биотические характеристики 4.3. Санитарно-эпидемиологические параметры

Характеристики состояния водного объекта и факторы антропогенного воздействия

1. Факторы, изменяющие гидрофизический режим

Изменение теплофизического и ледового режимов

2. Факторы, изменяющие гидрологический режим

Изменение объема, режима стока, гидрометрии реки, волнового режима

3. Факторы воздействия, изменяющие гидрохимический режим

Поступление загрязняющих веществ в водный объект, с водосборной территории. Засорение.

4. Факторы воздействия, изменяющие гидробиологический режим

Изменение гидробиологических характеристик вследствие действия факторов 1-4, изъятие биоресурсов

5. Факторы воздействия, изменяющие состояние водосборной площади.

Цветение водоемов - последствия избыточных

объемов поступлений соединений фосфора

Показатели, характеризующих виды антропогенной нагрузки

Индикаторные характеристики дескрипторы и маркеры.

Наиболее распространенные дескрипторы:

индекс загрязнения воды ИЗВ (гидрохимический);

индекс сапробности S (гидробиологический).

ИЗВ = [Сi/ПДКi]/6 (i = 1,…,6)

Сi – концентрация компонента.

ИЗВ является экспертной оценкой в зависимости от величины.

индекс сапробности:

S = (sihi)/ hi (i=1…N),

si индивидуальный индекса сапробности i-го гидробионта,

задается по специальным таблицам;

hi относительная встречаемость индикаторных организмов,

N – число выбранных индикаторных организмов.

S характеризует трофический статус водоема

Река Пра, ИЗВ = 22.2, VII класс чрезвычайно грязная

Малые реки реки, с длиной не более 100 км и площадью водосбора не более 2000 км2 .

• В Российской Федерации насчитывается более 2,5 млн. малых рек;• На долю малых рек приходится около 99% общего числа рек и около

93% их протяженности;• На долю малых рек приходится от 10% до 85% среднего объема

речного стока, в среднем, около 50% по стране;• Суммарный сток малых рек превышает 1000 км3 в год;• В бассейнах малых рек проживает почти 44% всего городского и почти

90% сельского населения.

Малые реки. Общие понятия и статистика по РФ

Река Тихая сосна, Воронежская обл.Река Липна, Владимирская обл.

Приоритетные группы малых рек, имеющих общие

типологические особенности и представляющих особый

интерес:

– реки, имеющие индикаторное фоновое значение;

– реки в условиях интенсивного неконтролируемого

воздействия диффузного стока;

– реки в крупных агломерациях;

– реки, ставшие приемником больших объемов сточных вод.

• поступление загрязненного поверхностного стока с городских и сельскохозяйственных территорий;

• нарушение естественных гидрологических и гидрохимических режимов при строительстве гидротехнических сооружений;

• потери стока при изъятии на питьевые, сельскохозяйственные и прочие нужды.

Экологические проблемы малых рек

Основными загрязняющими веществами малых рек являются соединения металлов, фосфаты, сульфаты, фенолы, аммонийный и нитритный азот, органические вещества. Малые реки более уязвимы.

Основные проблемы малых рек являются схожими с проблемами более крупных водотоков:

Поверхностный сток с сельхоз территорий

Сброс сточных вод

Регулирование речного стока

• сброс коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, не соответствующих установленным нормативам качества;

Самоочищение водных объектовМалые реки наиболее уязвимый компонента гидросферы.

Самоочищение способность любой экосистемы на основании

совокупности естественных био- и геохимических процессов

восстанавливать качество среды и количественный состав организмов

после неблагоприятных воздействий.

При самоочищении происходит снижение концентраций загрязняющих

веществ в воде до уровня, не представляющего угрозы для нормального

функционирования водной экосистемы. Принцип Ле Шателье-Брауна

Эффективность самоочищения зависит от:• природы загрязняющих веществ, • уровням их концентраций,• их токсичностью для гидробионтов, • видовым составом микробиоценоза и гидробионтов-фильтраторов,• гидрологическими и гидрофизическими условиями.

Самоочищение малых рек

Факторы, оказывающие влияние на самоочищение водотоков

Физические факторы

Химические факторы Биологические факторы

Разбавление вследствие перемешивания и диффузии

Совокупность условий способствующих распаду веществ:

гидролиз, сорбция и т.д.

Состав гидробионтов,

Солнечная инсоляция (УФ спектр)

Температура.Концентрация кислорода

Скорость потока

Пространственное распределение и

динамика биоценозов

Продуктивность водных экосистем

Окислительно-восстановительные

условия

Речной бентос

Фоновые участки рек

Разработка НДВ

Разработка региональных ПДК

Реки в условиях интенсивного

диффузного стока

Сельскоехозяйство

Селитебные территории

Реки в крупных

агломерациях

Интенсивная антропогенная

нагрузка

Приемники больших объемов

сточных вод

Хозяйственно-бытовые стоки

Биоценоз Группа организмов Функция

Планктон(фито- и

зоопланктон)

Ультрапланктон (бактерии) Микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах, извлекают из воды растворенные органические вещества и биогенные элементы

Карликовый планктон (низшие растения и простейшие)

Микропланктон (водоросли, инфузории, коловратки, мелкие ракообразные)

Ассимиляция органического вещества фитопланктоном.

Бентос

Бактериобентос (аэробные и анаэробные сапрофиты) Задержание и поглощение

биогенных элементов и загрязняющих веществ, на границе раздела вода/донные осадки.

Макробентос(коловратки, олигохеты, нематоды, личинки насекомых, моллюски)Фитобентос (водоросли)

ПерифитонВодоросли, диатомеи, инфузории, коловратки, олигохеты, некоторые виды моллюсков

Высшая раститель-

ность

Погруженные и взвешенные в толще вод водные растения

Задержание органических и неорганических веществ, (в т.ч. биогенных элементов, токсичных веществ и т.д.)

Биоценозы, участвующие в самоочищении водных экосистем

Биоценоз Группа организмов Функция

Планктон(фито- и

зоопланктон)

Ультрапланктон (бактерии) Микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах, извлекают из воды растворенные органические вещества и биогенные элементы

Карликовый планктон (низшие растения и простейшие)

Микропланктон (водоросли, инфузории, коловратки, мелкие ракообразные)

Ассимиляция органического вещества фитопланктоном.

Бентос

Бактериобентос (аэробные и анаэробные сапрофиты) Задержание и поглощение

биогенных элементов и загрязняющих веществ, на границе раздела вода/донные осадки.

Макробентос(коловратки, олигохеты, нематоды, личинки насекомых, моллюски)Фитобентос (водоросли)

ПерифитонВодоросли, диатомеи, инфузории, коловратки, олигохеты, некоторые виды моллюсков

Высшая раститель-

ность

Погруженные и взвешенные в толще вод водные растения

Задержание органических и неорганических веществ, (в т.ч. биогенных элементов, токсичных веществ и т.д.)

Биоценозы, участвующие в самоочищении водных экосистем

Судьба малых рек на крупных городов и мегаполисов

Закрытие русла реки в коллектор

Превращение реки в объект дизайна

Использование реки в качестве сточной канавы

городских стоков

Малые реки городов.

нарушение процессов естественного самоочищения;

ликвидация речных долин, «экологических коридоров»;

создаются условия для возможного подтопления территорий;

река в коллекторе не выполняет дренирующую функцию;

заиление коллекторов, ведущее к необходимости проведения затратных работ по промывке и очистке коллекторов.

Сопутствующие проблемы

река теряет естественный статус

систепматическое проведение организационно-технических мероприятий

нарушение процессов естественного самоочищения реки;

нарушение экосистемных сообществ;

заиливание дна водотока с аккумуляцией загрязняющих веществ в донных отложениях,

Малые реки городов: г. Москва• На территории Москвы насчитывается менее

180 малых рек и ручьев общей

протяженностью 493 км. • Более 314 км рек и ручьев города закрыты в

коллекторы, и только 179 км открыты. • Имеют полностью открытые русла только 9

рек и ручьев;• 57 водотоков полностью заключены в

коллекторы. р. Яуза

р. Неглинка

СправкаПревышение ПДК загрязняющих веществ в водах реки Неглиной: •БПК5 1,9 ПДК •Нефтепродукты 13,13 ПДК. •Железо 17,8 ПДК; •Медь 32 ПДК; •Азот аммиачный 5,7 ПДК •Марганец 15,8 ПДК, •Цинка 14,96 ПДК, •Свинец 3,24 ПДК.

Название рекиПротяженност

ь(км)

Площадь водосборного бассейна (км2)

Расход воды (м3/с)

Десна 91 1 363 0,4Пехорка 42 513 0,8 1,3Сходня 47 259 1,8

Название реки Сходня Пехорка ДеснаОчистные сооружения ЗОС ЛОС №3 ЮБОС

Расход реки выше впадения очистных сооружений, тыс. м3/сут.

160 100 80

Выпуск очистных сооружений тыс. м3/сут.

72,9 730 63,3

Расход реки ниже впадения очистных сооружений, тыс. м3/сут.

232,9 830 143,3

Влияние сбросов сточных вод на расход воды в малых реках

Гидрологические характеристики рек приемников сточных вод г. Москвы

Влияние сбросов бытовых сточных вод московских очистных сооружений на расход воды в реках Десна, Сходня, Пехорка тыс. м3/сут.

Увеличение расхода рек ниже сброса сточных вод: р. Сходня после ЗОС 1,5 раза, р. Десна после ЮБОС 1,8 раза, р. Пехорка после ЛОС №3 8,3 раза

Оценка влияния органических ксенобиотиков на

формирование качества вод; разработка методов

исследования динамики водных экосистем, в том числе в

экстремальных условиях; совершенствование комплексного

мониторинга водных объектов Ксенобиотики (от греч. ξένος — чуждый и βίος — жизнь) — условная категория для обозначения чужеродных для живых организмов химических веществ, естественно не входящих в биотический круговорот. Как правило, повышение концентрации ксенобиотиков в окружающей среде прямо или косвенно связано с хозяйственной деятельностью человека. К ним в ряде случаев относят: пестициды, некоторые моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др. Попадая в окружающую природную среду, они могут вызвать повышение частоты аллергических реакций, гибель организмов, изменить наследственные признаки, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ, нарушить ход процессов в естественных экосистемах вплоть до уровня биосферы в целом.

Применение методов биоинформатики для оценки биологической опасности ксенобиотиков

Программа PASSанализ взаимосвязей

«структура-активность» с использованием

обучающей выборки

Программа GUSAR прогноз значения LD50

(летальная доза 50% обеспеченности) ксенобиотиков

Анализ токсической опасности хлорорганических соединений,

образующихся при дезинфекции сточных вод и не имеющих

нормированных значений ПДК

Выявление ранее неизвестных опасных

свойств ксенобиотиков в водах Балтики,

представленных в списке ХЕЛКОМ

Разработка автоматизированной системы оценки безопасности

(АСВОБ) материалов и реагентов, используемых при питьевой

водоподготовке

Состояние очистных сооружений коммунальной канализации. В

Российской Федерации насчитывается 12 городов миллионников, 25

крупнейший (500 тыс. –1 млн. чел.), 36 крупных (250 тыс. –500 тыс.

чел.), 91 больших (100 тыс. – 250 тыс. чел.), 155 средних (50 тыс. – 100

тыс. чел.) и 781 малый город (до 50 тыс.). В городах проживает ~68%

населения РФ, сточные воды которого подлежат централизованному

сбору и очистке. Однако очистные сооружения коммунальной

канализации (ОСКК) городов РФ в силу ряда причин, в настоящее

время не способны полностью выполнять свою основную функцию. В

РФ на 2011 г. общий объем сбросов сточных вод составил 48 095 млн.

м3 Лишь 13% – 15% сточных вод сбрасываемых ОСКК относятся к

нормативно очищенным. 15 966 млн. м3 (33%) загрязненными. В свою

очередь, на долю ОСКК приходится более 60% сбросов загрязненных

сточных вод в водные объекты.

Если в крупнейших городах планомерно происходит решение проблем

водоотведения, то в средних, малых и в большинстве крупных

населенных пунктов ОСКК находятся в состоянии упадка.

Загрязненные коммунально-бытовые сточные воды ежегодно привносят в водные объекты РФ десятки тысяч тонн загрязняющих веществ (ЗВ) – соединений азота, фосфора, жиров и масел, а также десятки тонн тяжелых металлов – хрома, никеля, цинка, меди, кадмия. Данные виды загрязняющих веществ можно назвать традиционными.Помимо традиционных ЗВ коммунально-бытовые сточные воды содержат все возрастающие объемы микрозагрязнителей, находящихся в концентрациях от нескольких нг до мкг/л перечень которых растет и которые способны оказывать негативное воздействие на живые объекты в наблюдаемых концентрациях.Общее количество представителей различных групп ксенобиотических веществ, обнаруживаемых в неочищенных сточных водах крупных городах развитых стран, достигает 900 – 1000 наименований. В табл. 1 представлены основные группы этих веществ и наиболее типичные представители групп.

Группа соединений Разновидности/ примеры

Огнестойкие добавки

Галогенированные органические соединения (Br или Cl), фосфоросодержащие и азотсодержащие вещества, неорганические огнестойкие добавки

Пластификаторы

Ди (2-этилгексил)фталат, Динонилфталат, Диизодецилфталат, Диизооктиладипинат, Диоктилсебацинат, Трикрезилфосфат и т.д.

Моноциклические ароматические углеводороды

Бензол и толуол, содержащие органические соединения

НонилфенолыАлкилфенол этоксилаты, нонилфенол этоксилоты и нонилфенолы

ФталатыДибутилфталаты (ДБФ), бензилбутилфталат (ББФ), диэтилгексилфталат, диизодецил фталат, диизонил фталат

ПарабеныМетил-, этил-, n-пропил-, изобутил-, n-бутилпарабен и бензил-парабены

РастворителиАцетон; этанол; этилен гликоль; триэтаноламин; толуен; метиленхлорид

Анионные и неионогенные поверхностно-

активные вещества

Лаурилсульфат аммония; лаурилсульфат натрия

НитрозаминыСтруктурная формула R1N(-R2)-N=O; N-нитрозоанатабин; N-нитрозодиметиламин

Терпены Структурная формула: (C5H8)n

Хлоралканы Хлорэтаны и т.д.Группа: Парфюмерные вещества / средства личной гигиены

Солнцезащитные средства

Оксибензолы (2-гидрокси-4-метоксибензофенон и 2-этилгексил-4-метоксицинамат)

Синтетические мускусные вещества

Мускусный кетон; мускус-москен; крезольный мускус; мускусный ксилен

Группа: Фармацевтические вещества

Антибиотикиофлоксацин; азитромицин; оксациллин; карбадокс; оксолиновая кислота; цефотаксим и др.

Противоэпилептические препараты

карбамазепин

Антидепрессанты

миансерин

Транквилизаторы Анальгетики аспирин; диклофенакПротивораковые препараты

циклофосфамид; ифосфамид

Диуретики фуросемид; диазепамРегуляторы жиров

безафибрат; гемфиброзил

Бета-блокаторы метапролол; пропранолол

Группа: Стероиды и Гормоны

СтероидыКампестерол; холестанол; эргостерол; холестерин; десмостерол и др.

ГормоныАндростендион; эстриол; андростерон; эстрон; эквилин; норгестрел и др.

Группа: Стойкие органические загрязнителиПолибромированные дифениловые

эфиры

Полихлорированные бифенилы (ПХБ)Полихлорированые бифенилы (C12H(10-n)Cln), где n находится в

диапазоне 1 – 10Полициклические ароматические

углеводороды (ПАУ)Бензопирены; флуорафены; 2-метилнафталин; флуорафен

Полихлорированные диоксины и фураны

Полихлорированные дибензодиоксины (ПХДБД); полихлорированные дибензофураны (ПХДБФ)

Пестициды, гербициды

Альдрин; хлордан; дильдрин; эндрин; гептахлор; гексахлорбензол; мирекс; токсафен; ДДТ; хлорданы

Стабилизированный осадок


Промышленные предприятия

Жилищно-коммунальный сектор

Предприятия инфраструктуры

Организованная система общей канализации

Сточные воды

Очистные сооружения коммунальной канализации

Метантенки. Биостабилизация

Осадок


Сельхозугодия / Иловые карты

Поверхностные водные объекты Поверхностны

й сток

Очищенные сточные воды

Первично очищенные/

неочищенные сточные воды

Многокомпонентная смесь сточных вод

Донные осадки

Утечки

Почвогрунтовый слой

Пояснение

ТМ – тяжелые металлы; ФВ – фармацевтические вещества; СОЗ – стойкие органические загрязнители; БВ – биогенные вещества

ТМ, ФВ, СОЗ БВ, ФВ, СОЗБВ, ФВ, СОЗ, ТМ

ТМ, ФВ, СОЗ

ТМ, ФВ

ТМ, ФВТМ, ФВ, СОЗ

СОЗ, ФВ

БВ, ФВ, СОЗ, ТМ

ТМ, ФВ СОЗ

Миграционный цикл. Присутствие в городских сточных водах (СВ)

таких групп микрозагрязнителей, как фармацевтические вещества (ФВ),

стероиды и гормоны, парфюмерные вещества и средства личной

гигиены, обусловлено в первую очередь поступлениями от населения.

Фармацевтические вещества, стероиды и гормоны поступают в

канализацию вместе с продуктами жизнедеятельности человека,

выполнив свою целевую функцию в организме.

Степень выведения из организма многих ФВ достигает 80% – 90%.

Большинство из веществ, перечисленных в табл. 1, обладают стойкой

химической структурой, склонностью к аккумуляции в живых

организмах, приводя к хроническому токсическому воздействию.

Отдельную группу составляют вещества, нарушающие нормальное

функционирование гормонов в организме (деструкторы эндокринной

системы)

Воздействие на биоту. В водоемах большинство микрозагрязнителей

встречаются в концентрациях от десятков нг/л до нескольких мкг/л.

Безусловно, в таких концентрациях большинство представителей групп

не приводят к острому токсическому воздействию на гидробионтов и

водную растительность. Однако длительное воздействие приводит к

биоаккумуляции данных веществ в тканях, суммарному и

синергетическому эффектам их смесей. Воздействие

микрозагрязнителей на биоту можно рассмотреть на примере группы

фармацевтических веществ. Было доказано, что цитотоксичные

препараты – талидомид и диэтилстилбестрол, обнаруженные в

питьевой воде (Kummerer, 2010) при длительном воздействии в низких

концентрациях могут привести к повреждению зародышевых тканей у

млекопитающих. Диклофенак и кетопрофен вызывают острую

почечную недостаточность и приводят к летальному исходу через

несколько суток у птиц (при дозе ~1 мг), а также вызывают хроническое

токсикологическое поражение у рыб (Sumpter, 2009).

Удаление на очистных сооружениях. Стандартные коммунальные

очистные сооружения городов-миллионников, как правило,

оборудованы трехступенчатой системой очистки, состоящей из

первичной механической очистки, в ходе которой из сточной воды

удаляются тяжелые минеральные примеси (в песколовках) и

нерастворенные примеси (в первичных отстойниках); биологической

очистки для удаления растворенных соединений и третичной очистки

(обеззараживания) для снижения санитарно-эпидемиологической

опасности сточных вод. Технологии первичной очистки сточных вод –

коагуляция, флокуляция, отстаивание являются малоэффективными

для удаления большинства групп микрозагрязнителей, таких как СОЗ,

СЛГ, ФВ и т.д. Биологическая очистка активным илом во многих случаях

является более эффективной.

Таблица – Обнаружение представителей различных групп ксенобиотических веществ в очищенных, неочищенных сточных водах, осадках сточных вод и водных объектах в странах ЕС, США и Канаде (Vieno, 2007; Pollutants in…, 2003; Paulsrud, 2000; Jensen, 2012)

Группа веществ Соединение СтранаСточная вода, мкг/л

Осадки сточных вод, мкг/кгНеочищенная Очищенная

Фармацевтические вещества

ЦипрофлоксацинЕвропа 0,31 – 101 0,03 – 0,6 Канада 0,58 средняя (0,12) 0,40 США <0,02 75 – 40 800

НорфлоксацинЕвропа 0,004 – 0,55 0,03 – 0,08 Канада (0,05) 0,11 а США <0,045

ОфлоксацинЕвропа 0,20 – 7,60 0,12 – 0,6 Канада (0,09) 0,51 а США 0,10 25 – 58 100

СульфаметоксазолЕвропа 0,02 – 12,8 (0,13) 2,00* США (<0,15)0,59* Канада (0,24)0,87 а

КарбамазепинЕвропа 0,05 – 3,80 а 0,30 – 1,20

294 ± 21 – 1247 ± 101

Канада 0,36 средняя 0,007 – 0,25 США (0,06) 0,27а 9 – 6 030

ДиклофенакЕвропа 0,1 – 7,1 0,05 – 5,45 а США 0,11 0,09 Канада 0,005 – 0,36

ИбупрофенСША <0,003 – 0,43 Европа 0,15 – 143 0,02 – 6,9

КетопрофенЕвропа 0,1 – 2,3 0,02 – 1,76 макс США 1,20 0,03 макс.– 0,28 Канада 0,01 макс

Напроксен

Европа <0,055 – 3,20 0,38 – 5,22 a США 0,08 – 0,17 Канада 0,02 – 0,52

АцебуталолЕвропа 0,13 Канада 0,38

медиан. 0,31

БезафибратЕвропа <0,05 – 7,60 0,0003 – 4,80 Канада 0,01 – 0,26

Кофеин

Тетрациклин США 38 – 5 270

Экспериментальное и компьютерное моделирование послойной токсичности вод при аварийном разливе нефти и нефтепродуктов

Экспериментальная модель разлива

Послойное разделение нефтеводной

смеси

Анализ состава и содержания

углеводородов (УВ) по слоям

Токсичность 1


Компьютерный прогноз вида

токсичности и ЛД50 послойно



Раздельные пробыРазные виды и уровни

токсичностиМасс-спектрометрия

При аварийном разливе нефти токсичность воды на разных горизонтах различается по виду и величине токсичности. При аварийном разливе нефти анализ следует проводить по содержанию индивидуальных УВ.

Загрязнение водных объектов компонентами нефти, сопутствующими углеводородам

Для нефти типично присутствие токсичных металлов (ванадий, никель, молибден, редкоземельные) и радионуклидов (уран,

торий).

Металлы в донных отложениях в зоне прохождения нефтепровода через р. Суру в результат диффузных протечек.
















Управление Управление

Оценка

состояния

Оценка

состояния



Направление: внутриводоемные процессы

Разработка научных, технологических и информационных основ охраны водных объектов с учетом физико-

химических и биохимических процессов формирования качества вод

Задача: Разработка методов оценки интенсивности процессов загрязнения воды от донных отложений водохранилищ. Опасность

вторичного загрязнения обусловлена активностью микробиологических процессов в ДО, которая зависит от

температуры и содержания органического вещества в ДО и определяется кислородным режимом в водохранилище

Карта-схема экспериментальных исследований на Учинском водохранилище

Гидрохимические измерения

Точки отбора проб воды в Учинском водохранилище

Точки отбора проб воды в

Клязьминском водохранилище

Измерялись концентрации ТМ в воде и ДО,

температура воды, электропроводность и содержание кислорода

Результаты фазового анализа: Металлы в ДО можно разделить на

3 группы.

Группа 1 (Li, K, Na, Ti) – металлы, жестко встроенные в

кристаллическую структуру ДО. Очень низкий (0,01) коэффициент

подвижности (отношение суммы подвижных форм к валовой

концентрации).

Группа 2 (Cu, V, Cr, Mg) – металлы умеренной подвижности с

коэффициент подвижности 0,10 – 0,20.

Группа 3 (Cu, Pb, Fe, Mn, Zn) – металлы высокой подвижности. При

изменении окислительно-восстановительных условий в ДО могут

интенсивно поступать в водную массу.

Максимальная подвижность у Mn и Zn. Более половины их валового

содержания могут поступать в водную массу.

Результаты: Разработана гидродинамическая модель

Клязьминского и Учинского водохранилищ на основе

лицензированного специализированого гидрологического

программного пакета SMS v.10.1 для моделирования в

двухмерном приближении гидродинамики и гидрохимии водного

объекта.

Представлена в ГИС

Результаты: С использованием ГИС и 2D-модели гидродинамики

Клязьминского и Учинского водохранилищ выполнено

зонирование водохранилищ по уровню опасности вторичного

загрязнения водной массы тяжелыми металлами

Зоны дефицита кислорода (с наибольшим градиентом

кислорода по вертикальному

профилю).

Зоны с максимальным содержанием органических веществ в ДО

Зоны с максимальной подвижностью водных масс

Совмещение трех картограмм и

выделение зон, нуждающихся в

мелиорации.

Зонирование Учинского водохранилища по глубинам и градиенту растворенного кислорода СО2 – индикатору аноксии.

Зонирование Учинского водохранилища по глубинам и содержанию органического вещества

Выделение в Учинском водохранилище зон по скоростям течения

Зоны наиболее опасные по вторичному загрязнению: а - максимальный градиент кислорода;б - максимальная глубина;в - максимальные скорости.

Оценка способности различных бактериальных сообществ

к биодеградации ксенобиотиков

Проблема: деградация органических веществ в природных и сточных

водах происходит, в основном, под действием бактериоценозов. Чтобы

обоснованно управлять биоразложением, необходимо определить, какие

группы бактерий-гетеротрофов максимально эффективны в этом

процессе. Надо разработать методики исследования бактериальных

сообществ, участвующих в разложении ксенобиотиков, находящихся в

природных и сточных водах, современными молекулярно-

биологическими методами. Современный метод анализа

секвенирование.

Секвенирование определение последовательности генов в ДНК,

позволяющее идентифицировать конкретные виды

микроорганизмов (генный анализ).

Структура сообщества бактерий активного ила трех очистных сооружений

АИ нефть АИ нефть 1 АИ нефть 2 АИ нефть 1 АИ нефть 20%

20%

40%

60%

80%

100% Xanthomonadaceae Victivallaceae Verrucomicrobiaceae VeillonellaceaeThiotrichaceaeThermaceae StaphylococcaceaeSuccinivibrionaceaeSynergistaceaeStreptococcaceae

АИ скот АИ скот 1 АИ скот 2 АИ скот 1 АИ скот 20%

10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100% Xanthomonadaceae Victivallaceae Verrucomicrobiaceae VeillonellaceaeThiotrichaceaeThermaceae StaphylococcaceaeSuccinivibrionaceaeSynergistaceaeStreptococcaceae Sutterellaceae

АИ город АИ город 1 АИ город 2 АИ город 1 АИ город 20%

20%

40%

60%

80%

100% Xanthomonadaceae Victivallaceae Verrucomicrobiaceae VeillonellaceaeThiotrichaceaeThermaceae StaphylococcaceaeSuccinivibrionaceaeSynergistaceaeStreptococcaceae

Качество поверхностных и


Структура бактериоценоза

Химический анализ

биогенных элементов

Молекулярно-биологический

анализ

Биологические и биохимические

процессы

Химический анализ

ксенобиотиков

Исследования, проведенные на фито-очистном сооружении

в 2014 году

Анализ физико-химических

условий

Используются библиотеки ДНК для анализа групп бактерий и

грибов, наиболее активно участвующих в разложении

ксенобиотиков

Теоретические и экспериментальные исследования кинетики

деструкции органического вещества в водных объектах суши

Гумусовые вещества – стойкая фракция ОВ природных и сточных вод(экспериментальная модель стойких ксенобиотиков)

Биодеструкция ГК

Макромолекула ГКМикрогрибы-деструкторы в водной среде;

Создание экспериментальной

установки

Этапы работы

Исследование кинетики трансформации ГК

в различных условиях водной среды

Нахождение параметров, влияющих на деструкцию стойких

ОВ под влиянием ферментной деструкции

Результат: разработана комплексная методика эксперимента по

изучению деструкции гуминовых кислот в водной среде,

осуществляемой ферментными системами грибов.

Лабораторная установка

Современные модели термостатируемых

шейкеров

Деструкция ГК под действием ферментов грибов

марганецпероксидаза из Phanerochaete chrysosporium и

пероксидаза из Bjerkandera adusta

Mnperoxidase Peroxidase

Кинетика деструкции цветности (в градусах Cr-Co шкалы)




природные антропогенные Параметры

состояния:гидрологические










Оценка

состояния

Оценка

состояния



Управление Управление


Направление: мониторинг

Направления исследований

Новые методы

мониторинга

Информационные системы мониторинга

Управление ирегулирование

Информационные системы мониторинга Разработка геоморфологических, гидрологических

гидрохимических, гидрологических баз данных Математическое моделирование объектов, в том числе с

использованием ГИС Использование методов оценки состояния

Определение лекарственного вещества производится путем введения ферментативной метки с последующем его определением.

Результат: выявление некоторых антибиотиков в источниках водоснабжения Москвы с чувствительностью 1 мкг/л

Антитело, сорбирован-

ное на твердой фазе

Определяе-мый в

анализе антиген

Конъюгат (соединяющая

молекула)фермента и

антитела

Расщепление хромогена

(индикатора), с образованием окрашенного

комплекса

Исследование возможностей иммунохимических методов для

обнаружения определенных лекарственных веществ и/или их

химических классов в водных объектах

Разработка принципов технологической платформы

комплексного мониторинга водных объектов

Динамика формирования зон высокого экологического риска

Количество порывов трубопроводов и объемы добычи нефти

Результаты эксперимента с добавлением нефти

(Иваньковское водохранилище)

Применение лидарных технологий для обнаружения разливов нефти: эксперимент

Общий вид флуоресцентного лидара (диаметр – 10 см, длина – 24,5 см, вес – 1,5 кг)















УправлениеУправление

Оценка

состояния

Оценка

состояния



Внутриводоемные процессы



Направление: оценка

состояния

Обобщенная модель трансформации озерных экосистем под

воздействием интегральной антропогенной нагрузки

Трансформация диатомовых комплексов при росте антропогенной нагрузки

Антропогенная

нагрузка

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82

экологическая модуляция

экологическая модуляция

экологическое напряжение

экологический регресс

экологический регресс0

5

10

15

20

25

30

35%

порядок таксонов

Трансформация гистограмм распределений диатомовых в билогарифмических координатах

1. Карта распределения уровня негативной трансформации диатомовых комплексов в озерах Кольского п-ва.

2. Распределение никеля (мкг/л) в поверхностных водах Кольского Севера (по Моисеенко.1995).

1 2

Оценка многолетней трансформации береговых участков

русловых водохранилищ, расположенных в разных

климатических зонах Европейской части России с

использованием спутниковых данных высокого разрешения

Результат: выявлены особенности многолетней динамики

трансформации береговых зон водохранилищ, приоритетные

факторы экологической опасности береговых трансформаций.

Рыбинское водохранилище Цимлянское водохранилище

Цифровые топографические карты водосборов Рыбинского и Цимлянского водохранилищ

Изменение береговой зоны Цимлянского водохранилища при падении уровня НПУ на 4 м

Заиление и зарастание устья р. Мышкова:

а) топографическая карта масштаба 1:100 000 (1978 г, уровень воды 36 м

абс);

б) Космическое изображение 24.09.2011 (уровень воды 32.15 м абс)

Положение нефтяного пятна через 8 ч после разлива федерального

значения в районе рейдового погрузочного

комплекса (Кольский залив)

Образец итоговой карты зон риска нефтяных загрязнений

Применение аэрокосмических методов для оценки зон риска





Параметры состояния:гидрологические




Параметры состояния:гидрологические






Оценка

состояния

Оценка

состояния




Направление: регулирование антропогенных воздействий

Управление

Развитие методологии инструментальной квалиметрии воды с целью контроля процессов массопереноса в водных средах

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0Р а с с т о я н и е ( к м ) о т н а ч а л ь н о г о п у н к т а р . п . Г а й н ы

0 . 0 0

0 . 1 0

0 . 2 0

0 . 3 0

0 . 4 0

0 . 5 0

С, м

г/л р.

п.Га

йны

р.п.

Тю

льки

ног.

СО

ЛИ

КА

МС

К

г.Б

ЕРЕ

ЗНИ

КИ

Уст

ь-П

ожва

Уст

ь-К

емал

ь

г.Д

ОБ

РЯН

КА

г.П

ЕРМ

Ь

г.К

РАС

НО

КА

МС

К

г.О

ХА

НС

К

с.Е

лово

г.Ч

АЙ

КО

ВС

КИ

Й

5 0 % - о б е с п е ч е н н о с т ь



Среднегодовое распределение концентрации марганца (С, мг/л) по длине р. Камы. Величина региональной ПДК (створ Гайны) :

Српдк = Ср Е(N, р, р1)Ср квантиль обеспеченности р, Е(N, р, р1) р обеспеченность концентрации, р1 доверительная вероятность ее определения

Результаты измерения показателя и его погрешность: А, D гарантированные ситуации, В и С вероятные ошибки контроля

Результат развитие методов статистической квалиметрии воды. Практическая значимость оценка рисков нарушения нормативов качества сточных вод.

Статистическая обеспеченность системы контроля качества воды

Модернизация аппаратуры геодинамического мониторинга

прибрежных территорий в зоне воздействия гидротехнических

сооружений

В 2014 году выполнено картирование интенсивности вибраций при

максимальных попусках через Жигулевскую ГЭС на территории г.

Тольятти.

По абсолютным значениям средние амплитуды в 10-50 раз

превышают фоновые значения. Особую опасность представляют

частоты, находящиеся в резонансе с собственными частотами

сооружений. Тогда даже малые амплитуды могут оказывать

существенное воздействие. Появился новый максимум на частоте 4-5

Гц, который ранее не прослеживался. Для них отмечается

максимальная дальность распространения .

Карта интенсивности колебаний по всему диапазону регистрации значений в г. Тольятти

Плотина

Интенсивность

5,0 Гц4,0

Гц

11 Гц

Карты интенсивности вибраций грунтов на отдельных частотах.

Район Жигулевской ГЭС

0

200

400

600

800

Соотношение амплитуд вибраций плотины в диапазоне частот

F, Гц

А, мкм/с

10-11 Гц

4-5 Гц

1-3 Гц 2009

2000

Электронная база данных по показателям состояния подводных

ландшафтов и гидрометеорологическим данным

Задача:

На основе статистических показателей оценить нагрузку, оказываемую на экосистему Балтийского моря и оценить основные факторы нагрузки

Результат: основными причинами деградации экосистем Балтийского моря являются:

Фактор 1: эвтрофикация – ведущее негативное явление

Фактор 2: Загрязнение нефтепродуктами

Предложения: Создание Особо охраняемых территорий и Особо охраняемых акваторий, включающие:1. Заповедные ядра строгой защиты2. Транзитные акватории3. Буферные акватории для защиты ключевых и транзитных акватории от потенциально опасных внешних воздействий.

ТРАНСГРАНИЧНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО РОССИИ

Протяженность границы России – свыше 60 тыс. км.

7,1 тыс. км проходит по рекам, 475 км – по озерам и

38,8 тыс. км – по морям.Госграницу пересекает свыше 800 водных объектов, в т.ч. 70

больших и средних.Ежегодный приток на территорию России – около 200 км3, а отток

– в 3 раза меньше. • 26 субъектов РФ – приграничные, из них:• 10 регионов граничат с Казахстаном, • 7 – с Грузией, • 6 – с Украиной, • 5 – с Китаем, • по 2 – с Финляндией, Белоруссией, Эстонией, • по 1 – с Азербайджаном, Абхазией, Южной Осетией, Латвией, Литвой, Норвегией, Польшей, КНДР.

С 9 из 14 стран, имеющих пограничные водотоки и месторождения

подземных вод, заключены соглашения по использованию и

охране трансграничных водных объектов.75

76

Проблемы трансграничных отношений

в Водном кодексе РФ отсутствует понятие «трансграничные

водные объекты», не определены полномочия органов

исполнительной власти, их компетенции; в большинстве случаев ─ слишком рамочный характер соглашения,

декларативный характер соглашений; отсутствие конкретных обязательств сторон и способов контроля,

разрешения споров и согласования противоречий; слабо проработана законодательная и нормативная база; правовой статус соглашений не приводит к возникновению у стран –

участниц юридических обязательств прямого действия; отсутствие бассейнового подхода; недостаточная проработка институциональной структуры

выполнения соглашения; отсутствие механизма финансового обеспечения.

77

Анализ зарубежного опыты управления водным хозяйством

Общие выводы: бассейновый подход в управлении наиболее эффективен и

используется большинством стран; в большинстве стран используется централизованный принцип

управления водным хозяйством и управление осуществляется на двух, а в большинстве – на трёх уровнях: национальном, региональном, местном.

в некоторых странах (Бразилия, Германия) используется передача некоторых законодательных полномочий на уровень земель (штатов), не допускается противоречий с положениям федеральных законов;

приоритеты в области правового регулирования в различных странах неодинаковы: обеспечение питьевого водоснабжения, очистка сточных вод, сельскохозяйственное водоснабжение;

в ряде стран (Франция и др.) представительные органы (бассейновые советы) обладают серьезными полномочиями в определении политики УВР;

эффективность интегрированного подхода проиллюстрирована на примере ряда стран ЕС (Финляндия, Норвегия, Швеция, Франция).

78

Идеология ИУВР основывается на следующих принципах: 1) управление водными ресурсами должно осуществляться по гидрографическому (бассейновому) признаку; 2) комплексное использование и охрана поверхностных, подземных и возвратных вод в пределах каждого водного бассейна; 3) процедуры управления должны реализовываться при обязательной координации всех видов водопользования и всех участвующих в управлении министерств, ведомств и водопользователей; 4) обязательное участие представителей науки, общественности и субъектов водопользования в планировании и реализации решений; 5) приоритет экологических аспектов при регулировании водопользования; 6) прозрачность планируемых и реализуемых мер по управлению водными ресурсами, распределению и использованию; 7) экономическая устойчивость ВХС.

Разработать предложения по

совершенствованию организации

управления водохозяйственным

комплексом в Российской Федерации

Характеристика водохозяйственного комплекса РоссииВодное хозяйство важнейшая отрасль экономики, обеспечивающая экологическое благополучия природной средыОсновные особенности ВХК:• не оптимальное пространственное

распределение водных ресурсов; • стохастический и сезонный характер;• комплексность использования,

противоречивость требований водопользователей;

• актуальность проблемы качества воды;• сложная многоуровневая структура системы

управления ВХК;• большие ущербы, которые наносит водный

фактор экономике и населению.

Основные требования к современной

системе управления водным хозяйством: системный подход к управлению;

четкое разграничение полномочий в

многоуровневой структуре управления;

согласование принимаемых решений разными

органами управления;

сочетание административных и

экономических инструментов;

учет экологических требований.

Современное состояние системы управления

водохозяйственным комплексом РоссииСистема управления ВХК является многоуровневой и состоит из

нескольких «вертикалей» управления

Уровни управления «Вертикали» управления

Федеральный Минприроды РФ

Межрегиональный (бассейновый)

Минсельхоз РФ

Региональный МЧС России

Местный Минстрой России

Водопользователи Росрыболовство

Ространснадзор

Функция управления

Р

о

с

в

о

д

р

е

с

у

р

с

ы

Р

о

с

г

и

д

р

о

м

е

т

Р

о

с

н

е

д

р

а

Р

о

с

п

о

т

р

е

б

н

а

д

з

о

р

Р

о

с

п

р

и

р

о

д

н

а

д

з

о

р

Р

о

с

т

е

х

н

а

д

з

о

р

Р

о

с

т

р

а

н

с

н

а

д

з

о

р

Госмониторинг водных объектов + + + Госконтроль за использованием и

охраной водных объектов + +

Информационное обеспечение

госуправления использованием и

охраной водного фонда

+ + + +

Надзор за безопасностью ГТС + +Управление качеством среды через

нормирование воздействий на водные

объекты

+ +

Функциональная схема межведомственного взаимодействия

по осуществлению функций госуправления ВХК России

Предложения по совершенствованию системы

управления– четкое разграничение полномочий между различными

уровнями и «вертикалями» системы государственного управления

с исключением практики дублирования осуществляемых органами;

– создание системы эффективной координации деятельности

федеральных государственных органов федерального и

регионального уровней, осуществляющих государственное

регулирование в области водопользования, функционирования

водохозяйственного комплекса, предотвращения чрезвычайных

ситуаций на водных объектах;

– разработка регламента взаимодействия органов управления

разного уровня (бассейнового, субъектного и муниципального);

– укрепление бассейнового звена государственного управления;

– уточнение полномочий органов управления ВХК

государственного и муниципального уровня.

– разработка процедур согласования управленческих решений

одного уровня (федерального и субъектного);

– совершенствование нормативно-методического обеспечения

в сфере защиты вод от загрязнения, в том числе диффузного;

– разработка регламента финансового обеспечения

водохозяйственных мероприятий на субъектном и муниципальном

уровне;

– представляется целесообразным включить управление

питьевыми подземными водами в компетенцию ФАВР и его

бассейновых структур;

– необходимо увеличение финансирования водохозяйственных

и водоохранных мероприятий;

– создание системы водохозяйственного мониторинга путем

расширения программ наблюдений в существующей системе и

создания новых постов, особенно в зонах высокого риска.

Совершенствование

системы управления

ВХК

Разграничение и уточнение полномочий

органов

Система координации

органов управления

Система водохозяйственного

мониторинга

Увеличение финансирования

Разработка процедур согласования

управленческих решений

Разработка регламента

взаимодействия органов

управления

Укрепление бассейнового

уровня

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Education

Научные основы охраны вод (Е.В. Веницианов)