2003-4. Оценка уровней загрязнения водных объектов металлами

Вышеприведенный анализ уровней загрязнения металлами Невской губы и восточной части Финского залива базировался в основном на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК), подвергаемой в последние десятилетия справедливой и аргументированной критике (Фрумин, 1998). Действительно, рыбохозяйственные ПДК не учитывают, в частности, специфику функционирования водных экосистем в различных природно-климатических зонах (широтная и вертикальная зональность) и биогеохимических провинциях (естественные геохимические аномалии с различным уровнем содержания природных соединений), а значит, и их токсикорезистентность. Отсутствие учета этого фактора влияет на величины ПДК, рекомендуемые в масштабах всего государства. Как правило, при разработке ПДК не учитывается региональная специфика самоочищающей способности экосистем, применяются единые ПДК для экосистем в различных климатических и биогеоценотических условиях (Волков и др., 1988; Волков и др., 1996).

По нашему мнению, необходимо разработать региональные ПДК, по крайней мере, для основных (наиболее крупных) водных объектов Северо-Западного региона, включая акваторию Невской губы. Данные мониторинга, проводимого в течение многих лет Северо-Западным УГМС, позволяют решить эту задачу на современном уровне. Очевидно, что разработка таких ПДК потребует определенного времени и привлечения специалистов различного профиля (гидробиологов, гидрохимиков, математиков). Поэтому в качестве альтернативного подхода нами разработан новый подход к оценке уровней загрязнения металлами водных объектов, базирующийся на концепции экологического риска (Фрумин, Жаворонкова, 2003; Петрова и др., 2003).

По сути, применительно к рассматриваемой проблеме, оценка риска - это вид экспертных работ, направленных на определение числа представительных видов гидробионтов, способных проявить негативные реакции на воздействие конкретного неблагоприятного фактора, действующего с определенной силой и в заданный промежуток времени.

В качестве представительного вида гидробионтов были выбраны дафнии, широко применяемые для гигиенической диагностики качества природных и сточных вод. Дафнии относятся к мощным фильтраторам воды: при весе 3-4 мг одна особь фильтрует в течение суток 20-30 мл воды. Человек при такой способности должен был бы фильтровать 700 тыс. литров воды в сутки. В общем дафнии высокочувствительны к веществам, нарушающим синтез пластических компонентов клетки. К таким веществам, в частности, относятся многие металлы (катионы металлов).

По данным литературы о токсичности катионов металлов для дафний (Захарченко и др., 1996) нами были построены математические модели, связывающие величины рисков летальных исходов при воздействии катионов тяжелых металлов на дафний в широком диапазоне варьирования концентраций (табл. 11).

Таблица 11

Математические модели для оценки рисков летальных исходов при воздействии катионов металлов на дафний

ПРИМЕЧАНИЕ: С - концентрация металла, мг/дм3.

Учитывая, что риск является вероятностной величиной, для определения риска комбинированного действия в соответствии с правилом умножения вероятностей, где в качестве сомножителей выступают не риски, а значения, характеризующие вероятности их отсутствия, было применено следующее уравнение:

Рисккомб = 1 - (1 - Риск1)(1 - Риск2)(1 - Риск3)…(1 - Рискn), (2)

где Рисккомб - риск комбинированного действия катионов металлов; Рискi - риск воздействия отдельных катионов металлов.

Величины Рискn и Рисккомб варьируют в интервале от нуля до единицы. При этом, чем выше величина Рискn или Рисккомб , тем выше уровень загрязнения воды металлами.

Для расчетов величин индивидуальных и комбинированных рисков воздействия катионов металлов на дафний нами была разработана специальная программа. Использование этой программы позволяет проводить быстрые вычисления величин Рисккомб. Для иллюстрации приводим результаты оценки уровней загрязнения различных районов Невской губы в 2002 г. (рис. 29). Как следует из рис. 29, в 2002 г. в наибольшей степени (по данным о среднегодовых концентрациях) металлами (свинцом, медью, кадмием, марганцем, цинком и кобальтом) была загрязнена акватория Центральной части Невской губы (Рисккомб = 0,266), в несколько меньшей степени воды Южного курортного района (Рискомб = 0,248), акватория МТП СПб. (Рисккомб = 0,245) и Северного курортного района

(Рисккомб = 0,241).

Рисунок 30

Уровни загрязнения металлами различных районов Невской губы в 2002 г. (ЦЧ - Центральная часть, ЮКР - Южный курортный район, МТП СПб. - Морской торговый порт, СКР - Северный курортный район).

Предложенный подход к оценке уровней загрязнения вод металлами может быть использован для различных целей и, в частности, для анализа внутригодовых трендов (рис. 31). Как следует из приведенной диаграммы, в наибольшей степени воды МТП СПб. (ст.5) были загрязнены металлами (свинцом, медью, кадмием, марганцем, цинком и кобальтом) в апреле 2002 г., а наименьший уровень суммарного загрязнения вышеуказанными металлами был зафиксирован в августе 2002 г.

Изложенный подход может быть полезен для решения различных задач, обусловленных загрязнением вод металлами. Однако он требует дальнейшего совершенствования. В частности, необходимо установить математические модели риска для дафний таких химических элементов как никель, мышьяк и алюминий. По нашему мнению, аналитическое определение мышьяка и алюминия следует ввести в программу мониторинга, так как они весьма токсичны для многих видов гидробионтов.

Рисунок 31

Динамика внутригодовых уровней загрязнения на ст.5 в водах МТП СПб. в 2002г