СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ДРЕНАЖНЫХ ВОД С ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ Российский патент 2024 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности водных объектов, и может быть использовано для экологической оценки качества дренажных вод (ДВ) с орошаемых земель, отводимых в водные объекты.

Данный способ оценки позволит учесть особенности формирования дренажных вод с орошаемых земель, оценить качество отводимых дренажных вод относительно фонового состояния природного водоприемника.

Известен способ оценки экологического состояния водных объектов (RU 2721713, 05.21.2020) заключающийся в том, что в водном объекте устанавливают датчики температуры и кислорода, измеряют температуру воды в водном объекте, а также концентрацию растворенного кислорода, по значению которой по таблице растворимости кислорода определяют «равновесную» температуру, соответствующую 100 % насыщению воды кислородом измеренной концентрации, после чего рассчитывают значение отклонения энтропии от ее равновесного состояния и по величине этого отклонения определяют экологическое состояние водных объектов.

Недостатком данного способа является отсутствие учета качественного химического состава загрязняющих веществ.

Известен способ определения экологического состояния пресноводных водоемов по критерию трофности (RU №2050128, 12.20.1995), заключающийся в том, что в водоеме устанавливают датчики кислорода и рН, регистрируют активную реакцию среды рН, содержание кислорода, в качестве критерия трофности рассчитывают показатель трофности и определяют экологическое состояние водоема по значению критерия.

Недостаток известного способа заключается в том, что предложен способ определения только трофического статуса пресноводных водоемов, который является лишь одним из аспектов экологического состояния водных экосистем.

Известен способ оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям (РД 52.24.643-2002. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям). Сущность способа заключается в расчете удельного комбинаторного индекса загрязненности воды, основанном на определении превышения фактических концентраций показателей над их предельно допустимыми концентрациями для водных объектов рыбохозяйственного значении (ПДК_рх) как наиболее строгих показателей качества водной среды, и повторяемости случаев превышений над ПДК_рх для всех загрязняющих веществ. Данная методика определяет обязательный и рекомендуемый перечни показателей, по которым осуществляется методика оценки.

Недостатком метода является отсутствие учета геохимического фона территории бассейна водного объекта, фонового состояния водного объекта, отсутствие в обязательном перечне всех солеобразующих ионов, что актуально для оценки качества дренажных вод с орошаемых земель.

Известен способ оценки качества водных объектов с экологических позиций (ГОСТ Р 58556 Оценка качества воды водных объектов с экологических позиций). Сущность способа заключается в расчете комплексного показателя антропогенной нагрузки по базовым аналитам-маркерам: pH, сухой остаток, взвешенные вещества, ХПК, БПК₅, азот аммония, азот нитритов, азот нитратов, фосфор фосфатов, железо общее, марганец общий, в основе которого лежит суммирование превышений фактических концентраций над санитарно-гигиеническими нормативами или предельно допустимыми для водных объектов рыбохозяйственного значения.

Недостатком способа является отсутствие учета особенностей формирования дренажных вод с орошаемых земель, в частности отсутствие показателей основных солеобразующих ионов, показателя минерализации (сухого остатка), который не нормируется для водных объектов рыбохозяйственного значения, показателя ХПК, который не определяется в природной водной среде.

Известен способ оценки загрязненности воды методом расчета интегрального коэффициента предельной загрязненности воды, равного сумме отношений фактических концентраций контролируемых гидрохимических показателей, выбранных на основании мониторинга качества водного объекта, к их ПДК_рх (Шабанов В. В., Маркин В. Н. Метод оценки качества вод и состояния водных экосистем. - М.: МГУП, 2009. - 154 с.). По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату, данный способ оценки принят нами за прототип.

Недостатком прототипа является отсутствие учета фонового состояния водного объекта, сформировавшегося под действием геохимического фона территории бассейна водного объекта.

Целью изобретения является разработка методики расчета комплексного показателя качества дренажных вод (К_ДВ) как суммы интегральных показателей по приоритетным (репрезентативным) веществам, учитывающим геохимический фон территории бассейна водоприемника или его участка, возможность засоления, поступления остаточных количеств удобрений и пестицидов и критериев оценки качества дренажных вод, способствующих повышению достоверности оценки качества дренажных вод с орошаемых земель.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение интегральной оценки качества дренажных вод с орошаемых земель, исходя из ненанесения вреда водному объекту, в который осуществляется сброс дренажных вод.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка методики и критериев оценки качества дренажных вод с орошаемых земель.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки качества дренажной воды с орошаемых земель согласно изобретению рассчитывается сумма интегральных показателей, отвечающих за: геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка (гидрокарбонаты, сульфаты, кальций, магний); засоление (натрий, хлориды); поступление остаточных количеств удобрений (ионы аммония, нитриты, нитраты, фосфор фосфатов, железо общее) и косвенно пестициды (БПК₅). При этом интегральный показатель, отвечающий за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, определяется как отношение фактических концентраций ионов в дренажной воде к их фоновым концентрациям в водоприемнике. В результате проведенной оценки по интегральным показателям появляется возможность оценить качество дренажной воды не только относительно требований федеральных нормативов предельно допустимых концентраций, но и учесть региональное фоновое состояние водного объекта, в который осуществляется отведение дренажной воды.

Суть изобретения заключается в том, что рассчитывается комплексный показатель качества дренажных вод (К_ДВ) как сумма интегральных показателей, отвечающих за: геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка - коэффициент превышения над фоном (К_гф), засоление - коэффициент токсичности (К_т), поступление остаточных количеств удобрений - коэффициент биогенности (К_б), косвенно пестицидов - коэффициент (К_орг). Размах значений К_ДВ разбивается на 4 диапазона, где значения К_ДВ менее 13,3 характеризуют дренажные воды как чистые; от 13,3, но менее 24,0 - умеренно-загрязненные; от 24,0, но менее 76,7 - грязные, а от 76,7 и более - очень грязные. Оценка качества дренажных вод с орошаемых земель определяется путем принадлежности полученного значения комплексного показателя качества дренажных вод К_ДВ соответствующему диапазону.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Поскольку в формировании гидрохимического состава дренажных вод с орошаемых земель при поступлении в водоток участвует поверхностный сток и подземные воды, то учитывается геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка. Для этих целей для таких ионов, как гидрокарбонаты, сульфаты, кальций и магний предлагается определять превышение фактических концентраций в створе выпуска над их фоновыми значениями для каждого водовыпуска. Для ионов гидрокарбонатов, сульфатов, кальция, магния предлагается рассчитывать коэффициент превышения над фоном К_гф по формуле:

,

где С_i - фактическая концентрация i-го иона в дренажной воде;

С_фон - концентрация i-го иона в фоновом створе (500 м выше выпуска дренажной воды), мг/дм³.

Для токсичных ионов натрия и хлорид-ионов с точки зрения возможности засоления природной воды предлагается рассчитывать коэффициент токсичности по формуле:

,

где - фактическая концентрация ионов натрия в мг/дм³,

- фактическая концентрация хлорид-ионов в мг/дм³.

Гидрохимический состав дренажных вод зависит от качества оросительной воды, в связи с этим градация оценки по содержанию натрия и хлоридов определяется, основываясь на качестве оросительной воды. В таблице 1 приводятся концентрации хлорид-ионов и натрия в воде пригодной для полива и критерии оценки качества воды.

Таблица 1 - Критерии качества воды по содержанию ионов натрия и хлорид-ионов

Класс качества Концентрация ионов Nа⁺* Концентрация ионов Сl^-* Всего Диапазон К_т 1 < 1,5
< 34,5 < 1,5
< 53,3 < 87,8 < 0,5 2 [1,5; 3,0)
[34,5; 69) [1,5; 3,0)
[53,3; 106,5) [87,8; 175,5) [0,5; 0,9) 3 ≥ 3,0
≥ 69 ≥3,0
≥ 106,5 ≥ 175,5 ≥ 0,9

* - в числителе концентрация выражена в мэкв/л, в знаменателе - в мг/л.

Для биогенов (ионов аммония, нитрит- и нитрат-ионов, фосфора фосфатов) и железа общего рассчитывается коэффициент биогенности (), как среднее арифметическое превышение над их ПДК_рх по формуле:

.

По рекомендации (РД 52.24.643-2002 Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям. - Ростов н/Д. 2002) для биохимического потребления кислорода БПК₅ интегральный показатель рассчитывается, как отношение значения БПК₅ к норме.

Нормы по БПК₅:

- норма 1 - более 15 мгО₂/л;

- норма 2 - 3-15 мгО₂/л;

- норма 3 - не более 3 мгО₂/л.

Поскольку для нормы 2 интервал значений достаточно большой, то получена аналитическая зависимость, представленная на фиг.1, отношения (БПК₅/норма) от значения БПК₅:

, (1)

где y - К_орг;

х - значение БПК₅.

Коэффициент, показывающий содержание легкоокисляемых органических веществ (К_орг) в дренажных водах, косвенно указывающий на остаточные количества пестицидов, рассчитывается при помощи полученной аналитической зависимости (1):

.

Комплексный показатель качества дренажных вод (К_ДВ) рассчитывается по следующей формуле:

К_ДВ = К_гф + К_т+ К_б + К_орг.

Критерии оценки качества дренажных вод с орошаемых земель, сбрасываемых в природные водные объекты, даны в таблице 2.

Таблица 2 - Критерии оценки качества ДВ по предлагаемым показателям, классы и уровни качества воды

Уровень качества ДВ Класс качества К_гф К_т К_б БПК₅ К_орг К_ДВ Чистые I < 1 < 0,5 < 8 < 2 < 1,8 < 13,3 Умеренно загрязненные II [1; 1,5) [0,5; 0,9) [8; 16) [2; 3) [1,8; 2,6) [13,3; 24) Грязная III [1,5; 2) [0,9; 1,3) [16; 40) [3; 10) [2,6; 3,4) [24; 76,7) Очень грязные IV ≥ 2 ≥ 1,3 ≥ 40 ≥ 10 ≥ 23,4 ≥ 76,7

Пример 1. Дренажные воды из коллектора, сброс которых осуществляется в р. Соленая, характеризуются показателями, представленными в таблице 3.

Таблица 3 - Гидрохимический состав дренажных вод из коллектора в месте выпуска в р. Соленая и фоновые концентрации в водном объекте

Показатель С фактическое
в месте выпуска ДВ, мг/дм³ С_фон,
мг/дм³ ПДК_рх,
мг/дм³ 1 2 3 4 Хлориды 304,9 489,2 300 Сульфаты 806,4 873,6 100 Гидрокарбонаты 439,3 366,1 - Кальций 164,3 168,3 180 Магний 77,8 92,4 40 Натрий 337,3 410,4 БПК₅ 1,97 1,97 2,1 Ион аммония 0,05 0,05 0,5 Нитрит-ион 0,02 0,02 0,08 Нитрат-ион 0,1 0,1 40 Фосфор фосфатов 0,06 0,06 0,05 Железо общее 0,13 0,1 0,1

;

;

.

В соответствии с предложенными критериями дренажные воды характеризуются как «чистые», причем относительно фонового состояния по основным ионам природного водного объекта, куда осуществляется их отведение, дренажные воды также характеризуются как «чистые» (К_гф ≥ 1).

Пример 2. Дренажные воды из коллектора, сброс которых осуществляется в р. Дон, характеризуются показателями, представленными в таблице 4.

Таблица 4 - Гидрохимический состав дренажных вод из коллектора в месте выпуска в р. Дон и фоновые концентрации в водном объекте

Показатель С фактическое
в месте выпуска ДВ, мг/л С_фон,
мг/л ПДК_рх,
мг/л 1 2 3 4 Хлориды 524,7 127,6 300 Сульфаты 825,6 216 100 Гидрокарбонаты 439,3 231,9 - Кальций 216,4 92,2 180 Магний 77,8 34,0 40 Натрий 468,2 20,3 120 БПК₅ 1,65 2,3 2,1 Ион аммония 0,05 0,05 0,5 Нитрит-ион 0,02 0,02 0,08 Нитрат-ион 0,1 0,3 40 Фосфор фосфатов 0,05 0,02 0,05 Железо общее 0,09 0,1 0,1

;

В соответствии с предложенными критериями дренажные воды характеризуются как «чистые», при этом относительно фонового состояния по основным ионам природного водного объекта, куда осуществляется их отведение, дренажные воды характеризуются как «очень грязные» (К_гф ≥ 2).

Пример 3. Дренажные воды из коллектора, сброс которых осуществляется в р. Сал, характеризуются показателями, представленными в таблице 5.

Таблица 5 - Гидрохимический состав дренажных вод из коллектора в месте выпуска в р. Сал и фоновые концентрации в водном объекте

Показатель С фактическое
в месте выпуска ДВ, мг/л С_фон, мг/л ПДК_рх, мг/л 1 2 3 4 Хлориды 375,8 687,7 300 Сульфаты 1689,6 873,6 100 Гидрокарбонаты 427,1 305,1 - Кальций 332,7 196,4 180 Магний 87,6 107 40 Натрий 595,2 502,2 120 БПК₅ 1,97 1,97 2,1 Ион аммония 0,05 0,05 0,5 Нитрит-ион 0,02 0,038 0,08 Нитрат-ион 0,15 0,25 40 Фосфор фосфатов 0,06 0 0,05 Железо общее 0,1 0,19 0,1

;

;

;

.

Дренажные воды с орошаемых земель, отводимые в р. Сал характеризуются как «чистые», при этом относительно фонового состояния по основным ионам природного водного объекта, куда осуществляется их отведение, дренажные воды характеризуются как «умеренно-загрязненные».

Предложенный способ оценки качества дренажных вод с орошаемых земель отражает всю совокупность факторов, влияющих на их формирование, обеспечивая достоверную оценку их качества.

Предложенный способ может быть эффективно использован для решения задач классификации качества отводимых дренажных вод с орошаемых земель и охраны природных водоприемников.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности водных объектов, и может быть использовано для экологической оценки качества дренажных вод (ДВ) с орошаемых земель, отводимых в водные объекты. Способ заключается в том, что рассчитывается комплексный показатель качества дренажных вод как сумма интегральных показателей. Интегральные показатели отвечают за: геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, засоление, поступление остаточных количеств удобрений и пестицидов. Для определения интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, учитывают превышение фактических концентраций в створе выпуска ионов гидрокарбонатов, сульфатов, кальция и магния над их фоновыми значениями в водоприемнике. Для определения интегрального показателя засоления воды учитывают фактические концентрации ионов натрия и хлорид-ионов. Для определения интегрального показателя, отвечающего за поступление пестицидов, учитывается биохимическое потребление кислорода за пять суток. Для определения интегрального показателя, отвечающего за поступление остаточных количеств удобрений, определяется среднее арифметическое превышение содержания ионов аммония, нитрат- и нитрит-ионов, фосфора фосфатов и железа общего над их ПДКрх. Размах значений комплексного показателя и интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, разбивается на четыре диапазона. Значения комплексного показателя менее 13,3 характеризуют дренажные воды как чистые, от 13,3, но менее 24,0 - умеренно-загрязненные, от 24,0, но менее 76,7 - грязные, а от 76,7 и более - очень грязные. Значение интегрального показателя менее 1 характеризует дренажные воды как чистые, от 1, но менее 1,5 - как умеренно загрязненные, от 1,5, но менее 2 - как грязные, больше или равно 2 - очень грязные. Оценка качества дренажных вод с орошаемых земель определяется путем принадлежности полученного значения комплексного показателя качества дренажных вод и интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, соответствующему диапазону. Технический результат: достоверная интегральная оценка качества дренажных вод исходя из ненанесения вреда водному объекту, в который осуществляется сброс дренажных вод. 5 табл., 1 ил.

Способ оценки качества дренажных вод с орошаемых земель, заключающийся в том, что рассчитывается комплексный показатель качества дренажных вод как сумма интегральных показателей, отличающийся тем, что интегральные показатели отвечают за: геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, засоление, поступление остаточных количеств удобрений и пестицидов, при этом для определения интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, учитывают превышение фактических концентраций в створе выпуска ионов гидрокарбонатов, сульфатов, кальция и магния над их фоновыми значениями в водоприемнике, для определения интегрального показателя засоления воды учитывают фактические концентрации ионов натрия и хлорид-ионов, для определения интегрального показателя, отвечающего за поступление пестицидов, учитывается биохимическое потребление кислорода за пять суток, для определения интегрального показателя, отвечающего за поступление остаточных количеств удобрений, определяется среднее арифметическое превышение содержания ионов аммония, нитрат- и нитрит-ионов, фосфора фосфатов и железа общего над их ПДКрх, при этом размах значений комплексного показателя и интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, разбивается на четыре диапазона, в которых значения комплексного показателя менее 13,3 характеризуют дренажные воды как чистые, от 13,3, но менее 24,0 - умеренно-загрязненные, от 24,0, но менее 76,7 - грязные, а от 76,7 и более - очень грязные, а значение интегрального показателя менее 1 характеризует дренажные воды как чистые, от 1, но менее 1,5 - как умеренно загрязненные, от 1,5, но менее 2 - как грязные, больше или равно 2 - очень грязные, а оценка качества дренажных вод с орошаемых земель определяется путем принадлежности полученного значения комплексного показателя качества дренажных вод и интегрального показателя, отвечающего за геохимический фон территории бассейна водного объекта или его участка, соответствующему диапазону.