Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шарапов Николай Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НА УРОВНЕ СУБЪЕКТА ФЕДЕРАЦИИ

(на примере Забайкальского края)

25.00.36 - геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Чита - 2010

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»

Научный консультант:

академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор Осипов Виктор Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Попов Александр Николаевич

доктор технических наук, профессор Косолапов Алексей Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Алексейко Иван Сергеевич

Ведущая организация - Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск

Защита состоится «2» апреля 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.02 при Читинском государственном университете по адресу: 672039 г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю совета Д 212.299.02

Факс: (3022) 41-64-44; Web-server: www.chitgu.ru; E-mail: root@chitgu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского государственного университета

Автореферат разослан «25» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р геол.-минерал. наук В.С. Салихов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

качество природный вода геоэкологический

Актуальность проблемы. Поверхностные воды - воды водотоков и водоемов, являющиеся источниками водоснабжения, сыграли исключительную роль в определении человеком мест его расселения, развитии промышленного и сельскохозяйственного производства в непосредственной близости от водных объектов. В РФ за последние 40-50 лет экстенсивное освоение и использование природных ресурсов, строительство новых и увеличение действующих производственных мощностей предприятий, рост городов и населенных пунктов без учета условий формирования количественных и качественных показателей, привели к нарушению геосистемного равновесия водосборов. Все это сказалось на качестве природных ресурсов и, в первую очередь - на водных. Для выхода из сложившейся ситуации требуется комплексное решение возникших социально-экономических и экологических проблем. Для обеспечения принципа устойчивого развития современного общества «Концепцией государственной политики в сфере использования, восстановления и охраны водных объектов» предусматривается постоянное и планомерное снижение вредных воздействий на водные объекты, т.е. нормирование привноса загрязняющих веществ (ЗВ).

Целью нормирования хозяйственной деятельности, базирующейся на учете экологических и экономических интересов, является установление нормативов допустимого воздействия, обеспечивающих, с одной стороны, соблюдение конституционных прав граждан на чистую воду и благоприятную экологическую среду, а, с другой, - рациональное использование водных ресурсов при условии устойчивого развития экономики.

К настоящему времени в мире, в том числе и в РФ, накоплен значительный опыт в регламентировании хозяйственной деятельности. В большинстве экономически развитых стран нормирование качества поверхностных вод осуществляется с помощью метода «наилучших существующих технологий». В последнее время превалирует комбинированный подход к регулированию качества вод, который объединяет методы «наилучших существующих технологий», принцип предельно-допустимых концентраций (ПДК) и другие «жесткие» нормативы. В нашей стране данной проблемой в разные годы занимались такие ученые, как В.И. Осипов, A.M. Черняев, И.С. Алексейко, С.Д. Беляев, М.Г. Гневашев, К.Г. Гофман, В.И. Данилов-Данильян, В.В. Иванов, А.Е. Косолапов, А.П. Лепихин, П.А. Лозовик, А.П. Носаль, А.В. Платонов, А.Н. Попов, Н.Б. Прохорова, В.Г. Пряжинская, А.Д. Рикун, И.Д. Родзилер, Е.В. Рюмина, О.В. Тютков, А.А. Цхай, И.М. Ширяк, Д.М. Ярошевский и др. В то же время, в РФ современная нормативно-методическая база (в т.ч. нормативы допустимых воздействий, в которых превалирует принцип ПДК) не позволяет в должной мере оценивать экологическое состояние водосборов, а так же производить ранжировку водотоков и выделенных участков рассматриваемого водного объекта, т.е. определять приоритетность вложения средств. Все это приводит к неоправданно высоким инвестициям, выделяемым для реализации водоохранных мероприятий. Таких средств в бюджетах различных уровней (федеральном, субъектов РФ и, тем более, муниципальных) и у водопользователей, как правило, нет. В конечном итоге дефицит средств приводит к субъективному отбору реализуемых мероприятий, не позволяет на практике реализовать концепцию устойчивого водопользования, снижает эффективность водоохранных мероприятий и, как следствие, к тому, что водные объекты продолжают загрязняться и деградировать.

Таким образом, разработка методологических и методических подходов к оценке качества природных вод и принципов управления процессом его формирования является актуальной крупной научной проблемой.

Цель работы заключается в разработке методов, позволяющих на уровне субъекта РФ производить оценку существующего качества вод водных объектов и его планомерное восстановление за счет выполнения первоочередных водоохранных мероприятий, включающих мероприятия на водосборах, с учетом реально имеющихся средств, и с применением моделирования качественного состава вод водных объектов.

Идея работы состоит в том, что на уровне субъекта федерации восстановление качества вод природных водных объектов, учитывая огромные материальные затраты, наиболее рационально вести методом ранжированного ряда водных объектов и их участков с использованием «пошагового» подхода, в увязке с программами водоохранных мероприятий.

Объектом исследования являются геоэкосистемы водных объектов и их бассейнов в границах субъекта Федерации.

Предметом исследования является система оценки качества вод водных объектов и методы управления процессом формирования этого качества, включая планирование водоохранных мероприятий на водосборе.

Задачи исследования:

1. Проанализировать влияние деятельности человека на изменение качества вод природных водных объектов на различных исторических этапах.

2. Выявить основные недостатки существующей методологии оценки качественного состава вод с учетом опыта ведущих стран мира.

3. Сформулировать методологию оценки качества вод, которая позволила бы планомерно уменьшать вредные воздействия на природные водные объекты.

4. Выявить эффективный критерий оценки качественного состава вод, учитывающий геоэкологические процессы, происходящие как на водосборе, так и в водном объекте, и на его основе разработать методику сравнительной оценки качества вод.

5. Разработать методику районирования водных объектов для субъекта РФ.

6. Предложить механизм разработки и внедрения региональных нормативов воздействий на природные водные объекты.

7. Апробировать предлагаемую методологию на примере субъекта РФ - Забайкальского края. На ее основе разработать поэтапный план перехода к управлению качеством вод на уровне субъектов РФ.

Научная новизна работы:

- Впервые предложено разделить систему нормирования качественного состава вод на две категории: первая - вода, забираемая из водных объектов и используемая человеком в различных целях и вторая - вода природных водных объектов, как ресурс.

- Предложена методика комплексной сравнительной оценки качества вод природных водных объектов, позволяющая ранжировать водные объекты по привносу ЗВ по территориям (бассейнам и административным образованиям), основанная на использовании сравнительного интегрального показателя, косвенно учитывающего геоэкологические процессы на водосборах;

- Впервые в рамках разработанной методологии собран и систематизирован материал, характеризующий качественный состав вод водных объектов в границах субъекта РФ - Забайкальского края; предложено разрабатывать водохозяйственные программы не по створу, а по участкам для водотоков (по времени - для водоемов), т.е. реализовать территориально-бассейновый принцип управления качеством вод;

- Впервые установлено, что для водотоков приращение концентрации рассматриваемого ЗВ от приращения его массового расхода в границах участков с учетом естественных процессов в водных объектах описывается линейной зависимостью;

- Предложено устанавливать нормативы воздействий на природные водные объекты на ограниченный период времени и увязывать их с программами водоохранных мероприятий, разработанными исходя из экономических возможностей региона.

Практическая значимость и реализация результатов:

- Предложена методика разработки временного норматива допустимых воздействий на водный объект, включающая показатель существующего состояния (ПСС), ориентировочный требуемый уровень снижения вредных воздействий (ОТУС), программу водоохранных мероприятий (ПВМ) и срок исполнения программы (СИП); разработан механизм реализации норматива.

- Разработанная методика позволила произвести моделирование гидрохимического режима водных объектов и в первом приближении оценить вклад естественных процессов, а так же - разделить ЗВ на условно консервативные и условно неконсервативные вещества.

- Теоретически обоснованная методология и методика апробированы на примере Забайкальского края, что позволило произвести ранжирование бассейнов водных объектов как по экологическому состоянию в целом, так и по характерным видам ЗВ.

- Результаты исследований были использованы при разработке областной целевой программы «Обеспечение населения Читинской области питьевой водой» и проекта Территориальной подпрограммы действий по совершенствованию и развитию водохозяйственного комплекса на территории Читинской области «Вода России - ХХI век», проектов муниципальных водоохранных программ и при выполнении Государственного контракта № НИР-03-06 Федерального агентства водных ресурсов «Научное обоснование методов обеспечения устойчивого и безопасного функционирования водохозяйственного комплекса Верхнего Амура».

Апробация работы. Результаты работы были представлены, обсуждены и одобрены на международных конференциях «Акватерра - 2000» (С.-Петербург, 2000), «Акватерра - 2002» (С.-Петербург, 2002); Международном симпозиуме «Вода: Экология и технология (Экватек - 2002)» (Москва, 2002); Международных конференциях - выставках «Чистая вода России - 2001 г.» (Екатеринбург, 2001), «Чистая вода России - 2003 г.» (Екатеринбург, 2003), «Чистая вода России - 2005 г.» (Екатеринбург, 2005); Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства (Москва, 2003); Научной конференции ВСО АВН и Иркутского научного центра СО РАН (Иркутск, 2002); Научной конференции «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» Читинского института природных ресурсов СО РАН (Чита, 2001); V Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 2003); «Экономические реформы в России» (С.-Петербург, 2006); «Оценка эколого-экономической ситуации загрязнения водных экосистем в бассейне оз.Байкал и управление экологическим риском» (Иркутск, 2006); Международной научно-практической конференции «Охрана и рациональное использование трансграничных вод» (Улан-Удэ - Улан-Батор, 2006), Научной конференции «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы геосферных исследований» (Чита, ИПРЭКСО РАН, 2006), Международной конференции «Состояние и перспективы российско-китайского сотрудничества в области охраны окружающей среды и управления водными ресурсами» (Москва, МПР России, 2007), Международной конференции «Природоохранное сотрудничество Читинской области и Автономного района Внутренняя Монголия в трансграничных экологических районах» (Чита, ЧГГПУ, 2007), VII Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, ЧитГУ, 2007), Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность государств-членов Шанхайской Организации Сотрудничества» и X Международном симпозиуме и выставке «Чистая вода России - 2008» (Екатеринбург, 2008), VIII Всероссийская научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, ЧитГУ, 2008, 2009), а так же научных конференциях Забайкальского края и ежегодных научных семинарах Читинского Государственного университета.

Личный вклад соискателя состоит в обосновании идеи работы и ее реализации путем постановки цели и задач исследования, руководства и непосредственного участия в выполнении теоретических, аналитических и экспедиционных исследований, а так же обобщения результатов исследований и разработки рекомендаций по их использованию, внедрении результатов исследований.

Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом и результатами аналитических исследований, выполненных в аккредитованных лабораториях, обоснованным использованием методов математической статистики и современных достижений вычислительной техники; значительным объемом экспедиционных исследований; удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчетов с экспедиционными данными и с теоретическими гипотезами и данными других авторов; положительным эффектом внедрения результатов исследований в государственных учреждениях Федерального центра и Забайкальского края.

Методология и методы исследований, исходные материалы. Методологической основой работы являются обобщенные современные представления о формировании качества поверхностных вод в условиях существенного увеличения антропогенного воздействия на водосборы и акватории водных объектов, экологической устойчивости водных экосистем, а так же территориально-бассейновый подход к планированию и реализации мероприятий по повышению качества вод. При проведении исследований использовались методы географо-гидрологического анализа, экспертной оценки, методы картирования. При обработке результатов применялись методы математической статистики, а также математического моделирования.

В основу работы положены многолетние наблюдения на режимной сети станций и постов Росгидромета, МПР России, а также исследования, выполненные под руководством и при непосредственном участии автора на кафедре водного хозяйства и инженерной экологии ЧитГУ, в ВостокНИИВХ, в том числе экспедиционные данные обследований и измерений.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 68 печатных работах, включая 5 коллективных монографий, 47 статей и 17 тезисов докладов, в том числе 11 публикаций в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикаций результатов докторских диссертаций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и библиографического списка из 244 наименований, содержит 345 страниц текста, в том числе 48 таблиц, 27 рисунков и 20 приложений.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Для эффективного управления качеством вод необходимо разделить объекты нормирования на две категории: Первая категория - вода, как сырье (и/или технологический компонент в производстве той или иной продукции), используемая человеком для приоритетных целей водопользования. Вторая категория - вода природных водных объектов, как естественный компонент природы, природный ресурс.

2) Достижение главной цели - восстановление природного качества вод водных объектов второй категории, должно производиться на региональном уровне в границах бассейнов и административных образований.

3) Региональные нормативы воздействий для бассейнов водных объектов и их участков должны базироваться на критерии сравнительной оценки качества вод, учитывать геоэкологические процессы, в т.ч. - техногенные, происходящие на водосборах. Одним из таких критериев может служить модуль трансформации ЗВ.

4) Методология восстановления качества вод поверхностных водных объектов включает: оценку существующего состояния; определение ориентировочного уровня улучшения качества вод; разработку программ водоохранных мероприятий; назначение возможного срока реализации программ с учетом экономических возможностей региона и достигнутых на предыдущем этапе результатов.

5) При определении ориентировочного уровня улучшения качества вод и разработке программ водоохранных мероприятий должно осуществляться прогнозирование качественного состава водных объектов, т.е. его моделирование.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту, академику РАН, д-ру геол.-мин. наук, профессору В.И. Осипову за ценные советы и замечания; д-ру техн. наук, профессору В.Н. Заслоновскому за постоянную помощь при написании работы; благодарит за высказанные замечания и помощь при оформлении работы сотрудников кафедры водного хозяйства и инженерной экологии ЧитГУ (канд.биол.наук, профессора Г.Г. Иванову, канд.техн.наук, доцента А.В. Шаликовского, канд.техн.наук, доцента К.А. Кургановича и др.) и выражает искреннюю благодарность аспирантам и магистрантам кафедры за оказанную помощь при проведении экспедиционных исследований.

В 2006-2007 годах диссертационная работа выполнялась в рамках Государственного контракта № НИР-03-06 Федерального агентства водных ресурсов «Научное обоснование методов обеспечения устойчивого и безопасного функционирования водохозяйственного комплекса Верхнего Амура».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, приведены оценка научной новизны полученных результатов и их практическая значимость, дана общая характеристика работы.

В главе 1 «Формирование качества водных ресурсов под влиянием антропогенной деятельности (исторический аспект)» на основании подробного анализа влияния развития цивилизации на окружающую среду, в т.ч. на водные ресурсы, сделан вывод о том, что ее развитие на определенном этапе привело к возникновению противоречий между человеком и природой, между хозяйственной деятельностью и состоянием естественных экосистем. Проанализировано возникновение проблемы нормирования, которая особенно остро проявилась к середине XX века. В последние 40 - 50 лет в отношении природных ресурсов появилась необходимость искусственного регулирования цикла «разведка - добыча (изъятие) - использование - утилизация (возвращение в природную среду)».

Что касается водных ресурсов, то к середине прошлого века все ярче обозначается необходимость нормирования не состава вод природных водных объектов, а техногенной и антропогенной деятельности на их водосборах, а так же той части водных ресурсов, которая используется для тех или иных целей водопользования. На основе проведенного анализа сделан вывод о том, что при обосновании, разработке и утверждении нормативов водопользования (особенно - качественных показателей) необходимо основываться на следующих принципах:

1. Разделение объектов нормирования (вода, используемая человеком, как сырье или товар, и вода природных водных объектов, как ресурс).

2. Региональный характер нормативов качества природных вод и их временности.

3. Увязка нормативов качества природных вод с планируемой водоохранной деятельностью на водосборах и финансовыми ресурсами на эти цели.

Глава 2 «Современные методики нормирования качества природных вод» посвящена анализу существующих подходов к решению проблемы нормирования вредных воздействий на водные объекты, в т.ч. и ведущих стран мира. Обоснован вывод о том, что задача совершенствования действующей концепции нормирования вредных воздействий на водные объекты является актуальной и требует более подробной проработки следующих аспектов:

- разделение объектов нормирования на две категории - вода, забираемая из водных объектов для использования отраслями экономики или населением и вода природных водных объектов - как природный ресурс;

- реализации комплексного территориально-бассейнового подхода к нормированию качества вод природных водных объектов;

- определение последовательности нормирования качества вод природных водных объектов, расположенных в границах субъектов РФ и отнесенных к их ведению, с учетом реальных финансовых ресурсов, т.е. ранжирование водных объектов и их участков.

В главе 3 «Методология ОЦЕНКИ И нормирования качественного состава поверхностных водных объектов» изложена предлагаемая методология нормирования качественного состава вод поверхностных водных объектов. При этом отмечено, что несправедливо отожествлять требования, предъявляемые к воде, забираемой из водоисточников для использования для тех иных целей, и к воде природных водных объектов, как природного ресурса. Отсюда и неверно поставленная цель системы управления качеством вод, нормированием его - доведение состава вод природных водных объектов до однозначно установленного «безвредного» содержания загрязняющих веществ - ПДК.

Сделан вывод о том, что ограниченность финансовых средств на реализацию программ по повышению качества природных вод требует такого подхода, который позволял бы выстраивать мероприятия в виде ранжированного ряда, а при их реализации направлять имеющиеся средства на первоочередные и, на основании непрерывного мониторинга, производить корректировку программ с учетом достигнутого качества вод.

Глава 4 «МОДУЛЬ ТРАНСФОРМАЦИИ - КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ НА ВОДОСБОРЕ И В ВОДНОМ ОБЪЕКТЕ» посвящена обоснованию методики, позволяющей производить сравнительную оценку качества вод в пределах бассейнов и территориальных образований.

Для анализа водно-экологической обстановки на водосборе и, как индикатора, в самом водном объекте, предложено применять удельный комплексный показатель, отражающий количественное поступление ЗВ в водный объект с выделенных участков и в целом по бассейну (модуль трансформации ЗВ) и косвенно увязывающий загрязнение и самоочищение, происходящее, как на водосборе, так и в самом водном объекте. Изменение предлагаемого показателя по мере нарастания площади водосбора позволяет сравнивать выделенные участки водосбора и разные водосборы между собой по привносу ЗВ, т.е. с геоэкологических позиций; планировать водоохранные мероприятия, ранжируя их очередность.

В главе 5 «Схема разработки региональных нормативов ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРИРОДНЫЕ ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ» изложена схема разработки региональных нормативов допустимых воздействий, которые предлагается разрабатывать и утверждать для каждого водного объекта по территориально-бассейновому принципу (как по административным единицам, так и по участкам).

Предложена методика назначения ориентировочного требуемого уровня снижения вредного воздействия на водный объект (выделенный участок) по привносу ЗВ.

Впервые на основании математической обработки продолжительного ряда наблюдений, как по гидрологическим, так и по гидрохимическим характеристикам водного объекта, автором показано, что зависимость приращения концентраций -того ЗВ () от приращения массы этого же вещества () в пределах выделенных участков реального водотока, ограниченных существующими стационарными створами, описывается линейной зависимостью: .

В первом приближении предложена методика оценки степени консервативности ЗВ, в т.ч. по коэффициенту корреляции () линейной зависимости.

Глава 6 «РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ПОДХОДА В СУБЪЕКТЕ РФ (на примере Забайкальского края)» посвящена реализации предлагаемого подхода в рассматриваемом субъекте РФ. Подробно описаны и проанализированы результаты экспедиционных исследований основных рек Забайкальского края.

Глава 7 «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОД ДЛЯ РЕШЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ» посвящена использованию результатов исследования работы для решения прикладных задач. Составлен ранжированный ряд основных водных объектов, расположенных в пределах Забайкальского края; произведен анализ изменения состояния естественного водоема (на примере оз. Кенон); произведен анализ гидрохимических показателей качества воды трансграничного с КНР водного объекта для обоснования выбора контрольных створов (на примере р. Аргунь); приведен пример использования модуля трансформации ЗВ при разработке программ водоохранных мероприятий (на примере р. Ингода); для снижения трудозатрат при проведении экспедиционных обследований участков водотоков, предложена и обоснована зависимость для расчета концентрации -ого ЗВ в произвольном створе, расположенном между стационарными.

В заключении приведены основные выводы и рекомендации по нормированию качества вод природных водных объектов на уровне субъекта РФ.

В приложении приведено сравнение гидрохимических и гидробиологических данных для рек Амурского бассейна, дана краткая характеристика бассейна р. Ингода, представлены результаты качественных анализов экспедиционного обследования основных рек Забайкальского края, приведены гидрохимические профили по длине р. Онон и акты о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ, И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Первое защищаемое положение - для эффективного управления качеством вод необходимо разделить объекты нормирования на две категории: Первая категория - вода, как сырье (и/или технологический компонент в производстве той или иной продукции), используемая человеком для приоритетных целей водопользования. Вторая категория - вода природных водных объектов, как естественный компонент природы, природный ресурс.

К настоящему времени отечественными и зарубежными учеными в вопросах нормирования и управления качеством водных ресурсов накоплен значительный опыт. Основные принципы установления стандартов в ведущих странах мира представлены в таблице 1.

Таблица 1

Зарубежный опыт нормирования водопользования

Страна	Стандарты качества воды	Примечание
1	2	3
Нидерланды	1. Краткосрочные целевые показатели (КЦП). 2. Долгосрочные целевые показатели (ДЦП).	Корректировка краткосрочных целевых показателей позволяет добиваться поэтапного конечного результата, т.е. ДЦП.
Япония*	1. Показатели качества питьевой воды. 2. Нормативы экологического равновесия водных экосистем.	Если государственные нормативы менее жесткие, то местные органы вправе изменять стандарты в сторону их ужесточения.
США	1. Стандарты, основанные на ПДК. 2. Предельно допустимая антропогенная нагрузка назначается по бассейновому принципу. 3. «Технологии наилучшего управления».	Штаты могут вводить более строгие, чем федеральные нормативы. Применяется регулирование хозяйственной деятельности на водосборе, а не нормирование содержания того или иного ЗВ.
Франция	Бассейновый принцип управления. Не устанавливаются жесткие нормативы. Основная роль при управлении отводится механизмам экономического стимулирования	В соответствии с Рамочной Директивой совета Европы бассейновая модель управления по французскому образцу вводится во всех странах Европейского союза
Германия	Три уровня: федеральный, земельный и местный. Нет национальных стандартов качества воды.	Ответственность за качество воды несут власти земель и могут передавать полномочия водяным ассоциациям.
Канада	Нормирование осуществляют провинции. Стандарты базируются на ПДК загрязняющих веществ.	Инициатива Канады - считать загрязнения окружающей среды, не оправданное интересами общества, уголовным преступлением наряду с убийством и т.д. - является новшеством в праве окружающей среды.

Особенно заслуживает внимания опыт нормирования вредных воздействий Японии (нормативы экологического равновесия водных экосистем), Нидерландов (КЦП и ДЦП) и США (нормирование хозяйственной деятельности на водосборе).

Что касается РФ, то после принятия «Основ водного законодательства Союза ССР и союзных республик» (1970 г.) управление качеством вод водных объектов шло по пути ужесточения норм и увеличения числа нормируемых веществ. «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975 г.) на государственном уровне закрепили основополагающая роль ПДК в системе нормативов качества; ввели в рассмотрение понятие комбинированного действия нескольких загрязняющих веществ, что было оформлено в виде показателей ЛПВ, характеризующих эффект аддитивности совместного влияния, причем синергизм и антагонизм, свойственные большому числу веществ, во внимание не принимались.

Стало ясно, что введенные нормативы ПДК применимы в достаточно узкой области - они могут дать только санитарно-гигиеническую оценку состояния водного объекта и не позволяют оценить процесс формирования качественного состава вод. Основными недостатками использования показателя ПДК являются следующие:

Во-первых он установлен, исходя из требований к качеству воды человеческого организма (хозяйственно-бытовые ПДК) или организма рыб (рыбохозяйственные ПДК), а не природного содержания веществ и соединений в водном объекте.

Во-вторых - показатель ПДК «привязан» к створу или точке водного объекта, где измеряется концентрация, и не отражает процесс формирования этой концентрации по длине реки или акватории водоема. Он не позволяет выявить конкретный источник антропогенного воздействия (таких источников, кроме того, как правило, не один, а множество). Не дает возможности и оценить самоочищение.

В-третьих - показатель ПДК, дающий информацию лишь по концентрации ЗВ в конкретном створе водного объекта никак не связан с территорией его водосбора. А качество воды водного объекта, как известно, формируется, в основном, на водосборе. На площади бассейна происходит как загрязнение стока, попадающего в конечном итоге в водный объект, так и его частичное самоочищение. Диффузионный сток, формирующийся на сельскохозяйственных и урбанизированных территориях, объем которого соизмерим с точечным, а иногда и превосходит его, никак не учитывается.

В-четвертых - показатель ПДК установлен для всей территории РФ в целом и не учитывает как исторически сложившиеся условия формирования количественных и качественных показателей водных ресурсов, так и уникальность бассейна, в пределах которого происходит их формирование. А, как известно, каждый бассейн характеризуется огромным количеством факторов, определяющих его специфику. Оценка качества воды водного объекта, базирующаяся на жестких стандартах, полностью игнорирует не только своеобразие и уникальность водосборов, но и природное разнообразие поверхностных вод.

В-пятых - достижение данных нормативов сопряжено с очень большими финансовыми затратами, которых реально ни у водопользователей, ни у государственных органов управления, как правило, нет.

Главным недостатком существующей системы нормирования водопользования в РФ является то, что она не содержит различий в требованиях к составу вод природных (природно-антропогенных) водных объектов и воды, используемой человеком для приоритетных целей водопользования. Ошибочность такого подхода к нормированию качества природных вод проистекает, на наш взгляд, из-за неверной трактовки самого термина «качество воды». В формулировке ГОСТ 17.1.1.01-77 «качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования». Установленное государственным стандартом понятие «качество воды» однозначно связывает его с пригодностью для использования в тех или иных целях. Поставлен знак равенства между составом вод, формирующимся в природной среде, и составом воды, который требуется человеку для ее использования. Однако, было бы неправильно приравнивать требования, предъявляемые к искусственно создаваемым человеком предметам потребления, и качеством объектов, создаваемых природой. Отсюда и неверно поставленная цель системы управления качеством вод, нормированием его - доведение состава вод природных водных объектов до однозначно установленных неоднократно критикуемых - ПДК.

Гораздо правильнее было бы термин «качество воды» трактовать, как «характеристику состава воды, определяющую ее свойства». Тогда суть системы управления будет заключаться в том, чтобы довести состав воды до требуемого качества, но лишь в отношении той ее доли, которая забирается и используется в различных целях. В отношении же воды природных водных объектов цель управления ее качеством должна состоять в стабилизации существующего состояния, предотвращении дальнейшего загрязнения, а в пределе - к его сокращению и возврату к естественному природному состоянию. Нормирование качества природных вод должно решать не проблему управления водой, как природным ресурсом, а проблему управления техногенной деятельностью человека, изменяющей природное качество этого ресурса.

Методика нормирования качества воды должна хотя бы косвенно отражать геоэкологические процессы на водосборе, а не только качество воды самого водного объекта. Такая методика должна позволять наиболее рационально вкладывать финансовые средства, выделяемые на водоохранные мероприятия.

Это тем более важно с позиций Водного кодекса РФ на основании которого, согласно ст. 26, федеральный центр передает органам государственной власти субъектов полномочия по осуществлению мер по охране водных объектов или их частей, находящихся в федеральной собственности и расположенных на территории субъекта. Средства на осуществление передаваемых полномочий предоставляются в виде субвенций из федерального бюджета. Уже по предварительным оценкам можно сказать, что выделяемых средств, будет недостаточно. Поэтому сравнительный критерий состояния водных объектов, позволяющий производить ранжирование их по привносу ЗВ, выглядит особенно важным, т.к. позволяет направлять выделяемые средства на первоочередные мероприятия и получать максимальный экологический эффект.

Из всего вышесказанного следует, что прежде чем разрабатывать нормативы качества воды, которые должны достигаться и соблюдаться, необходимо разделить объекты нормирования на две категории (рис. 1).

Рис. 1. Категории нормирования качества вод водных объектов

Первая категория - это вода, забираемая из водных объектов и используемая человеком для тех или иных целей (хозяйственно-питьевое, промышленное, сельскохозяйственное водоснабжение, рыборазведение, орошение сельхозугодий и др.)

Вторая категория - это вода природных или природно-антропогенных водных объектов, как естественный природный ресурс, формирующийся под воздействием географических, климатических, ландшафтных, почвенных и др. природных условий (в т.ч. и с учетом антропогенной деятельности).

Разделение водных объектов на две категории позволяет кардинально изменить саму суть нормирования вод. Проблема нормирования вод, относящихся к первой категории, достаточно ясна. Поскольку основная цель в данном случае - соответствие химического состава таких вод требованиям человеческого организма, организмов рыб, растений, животных или воды, как сырья, или технологического компонента в производстве той или иной продукции, то к нормированию ее состава вполне применим принцип ПДК. Данные нормативы качества должны разрабатываться на федеральном уровне и быть обязательными для исполнения на всей территории государства (федеральный норматив). Данные нормативы качества вод должны достигаться в соответствующих системах водоподготовки и рекуперации, а затраты на их достижение - относиться на себестоимость продукции.

Гораздо сложнее (в методологическом, техническом и экономическом планах) обстоит дело с нормированием химического состава вод, относящихся ко второй категории. Предлагаемый подход для этой категории вод сформулирован во втором защищаемом положении.

Второе защищаемое положение - достижение главной цели нормирования качественного состава вод второй категории, должно производиться на региональном уровне в границах бассейнов и административных образований.

Формирование качественного состава природных вод происходит как в самом водном объекте, так и на его водосборе и является крайне сложным процессом. Одновременно с процессом образования и привноса непрерывно происходит самоочищение различных ЗВ. На современном уровне знаний разделить эти процессы достаточно проблематично, т.к. основные закономерности его формирования до сих пор в достаточной мере не установлены.

Водные объекты и их бассейны, являются не просто географическими элементами земной поверхности, но и природообразующими геоэкосистемами. Каждая из геоэкосистем своеобразна и уникальна, что влечет за собой своеобразие и уникальность водных ресурсов административной территории, включающей в себя части различных геоэкосистем. Антропогенная деятельность и развитие экономики практически всегда связаны с водопользованием и, следовательно, нарушают баланс, сложившийся в геоэкосистемах. Поэтому административно-бассейновый принцип управления водопользованием следует считать наиболее рациональным.

При оценке экологического состояния водного объекта по качественным показателям необходимо учитывать следующее: во-первых, показатели химического состава воды в конкретном створе есть лишь индикатор процессов загрязнения (привноса) ЗВ с поверхности водосбора, на котором происходят как различная техногенная деятельность, так и естественные природные процессы; во-вторых, одновременно с процессом образования и привноса ЗВ, как на водосборе, так и в самом водном объекте, непрерывно идут и процессы их самоочищения; в-третьих, при оценке существующего состояния водного объекта необходимо учитывать региональные и локальные источники загрязнения (существующие и потенциальные), что необходимо для обоснования рекомендаций по управлению его качеством при освоении территории или стабилизации ее экологического состояния.

Управлять природными процессами невозможно, управлять необходимо техногенной деятельностью на водосборе, изменяющей природное качество вод. Поскольку водосбор водного объекта состоит из административных территорий (субъектов, муниципальных образований, а иногда и сопредельных государств), то управление формированием качества вод должно вестись на основании территориально-бассейнового принципа.

Целью управления должно являться - предотвращение дальнейшего загрязнения, стабилизации на существующем уровне (а в идеальном варианте приближение и возврат к природному состоянию). Для достижения этой цели необходимо учитывать:

Во-первых, априори известно, что на достаточно больших пространствах (таких, как территория России или других крупных государств) состав природных вод никогда не был и не может быть абсолютно идентичным. Он формируется по бассейновому принципу с учетом геоэкологических процессов (как природного, так и антропогенного характера), происходящих на водосборе. Стало быть, соответствующие нормативные показатели не могут быть всеобъемлющими. Они должны носить регионально-бассейновый характер.

Во-вторых - поскольку по подавляющему большинству даже весьма крупных водных объектов имеется очень ограниченные в историческом масштабе ряды наблюдений за химическим составом вод (как правило, уже отягощенные антропогенным влиянием), то нет смысла надеяться на разработку «эталона», к которому следует стремиться. Возможен только «пошаговый» подход к нормированию. Планируемые нормативы должны иметь временный характер и пересматриваться по мере накопления данных регулярного мониторинга.

В-третьих - для достижения основной цели необходимо уменьшение антропогенного влияния на водный объект, т.е. выполнение ряда природоохранных, организационно-технических мероприятий на водосборе, затрагивающих промышленные предприятия, населенные пункты, сельхозугодия и т.д. Мероприятия эти связаны с финансовыми вложениями. Экономические же возможности регионов весьма различны. Устанавливаемые нормативы должны быть неразрывно связаны с целевыми программами, учитывающими современное качество вод водного объекта и планируемый уровень его улучшения, увязанный с экономическими возможностями региона.

Таким образом, нормативы качества вод природных водных объектов должны разрабатываться на региональном уровне (для бассейнов и субъектов РФ) на небольшой временной период и увязываться с конкретными водоохранными программами. Они не могут быть идентичными в масштабах государства, а должны базироваться на оценке качества, присущего природным водам и носящей сравнительный характер.

Существующая в настоящее время практика оценки влияния хозяйственной деятельности на экологическое состояние водного объекта базируется на НДВ. Однако данный показатель фактически так же не учитывает как площадь водосбора, так и его освоенность. Устанавливаемые нормативы допустимых воздействий должны носить технико-социально-экономический характер, что обеспечит:

* Сопоставимость в оценке качества вод различных водных бассейнов и их участков, расположенных на территории субъекта РФ.

* Реализацию социального равенства населения в возможностях использования воды для личных и производственных нужд.

* Равномерное и наиболее эффективное вложение средств в мероприятия по улучшению качества природных вод.

Роль федеральных органов управления состоит в координации данных работ по бассейнам и регионам, увязке их в общегосударственный стратегический план и международном взаимодействии в области качества вод природных водных объектов.

Третье защищаемое положение - региональные нормативы воздействий для бассейнов водных объектов и их участков должны базироваться на критерии сравнительной оценки качества вод, учитывать геоэкологические процессы, в т.ч. - техногенные, происходящие на водосборах. Одним из таких критериев может служить модуль трансформации ЗВ.

Оптимальным вариантом определения величины предельно допустимой антропогенной нагрузки на водные объекты является вариант расчета их максимальной ассимилирующей способности. Разность между качеством вод водного объекта в естественном природном состоянии с учетом его ассимилирующей способности, и современным существующим, позволяет определить степень его деградации. Однако, определить же природное состояние из-за скудного количества или полного отсутствия данных для большинства водных объектов, оценить их ассимилирующую способность, разделить привнос и самоочищение, на современном этапе не представляется возможным.

В настоящее время для оценки существующего состояния водных объектов используется статистический анализ содержания тех или иных ЗВ по стационарным постам. Как показывают исследования многочисленных авторов, не представляется возможным установить даже общий характер изменения состава вод во времени: в зависимости от изменения водности может наблюдаться как увеличение, так и уменьшение содержания ЗВ, а в ряде случаев наблюдаются максимумы или минимумы. Это связано со «стандартностью» применяемых подходов: анализ трансформации качественного состава проводится по каждому отдельному створу, при этом не учитываются процессы, происходящие по длине водотока между выделенными створами или по времени - для водоема.

Фактическое состояние водного объекта, его отклонение от природного, зависит от большого числа факторов. Следовательно, для анализа водно-экологической обстановки на водосборе и, как индикатора, в самом водном объекте, наиболее целесообразно применять удельный комплексный показатель, отражающий количественное поступление конкретного ЗВ и их совокупности в водный объект с определенной территории и их изменения по мере нарастания площади бассейна.

Удельный комплексный показатель должен позволять: во-первых, сравнивать различные площади водосбора и разные водосборы между собой по поступлению ЗВ; во-вторых, отражать экологическое состояние всего водосбора, геоэкологические процессы, происходящие на нем, а не только качество воды самого водного объекта; в-третьих, с учетом ограниченности финансовых средств на водоохранные мероприятия наиболее рационально вкладывать эти средства, ранжируя их очередность во времени, исходя из наличия финансовых средств.

Для того чтобы подойти к объективным показателям оценки качества воды водных объектов, принципам построения программных мероприятий, проанализируем простейшую модель формирования качественного состава воды на участке водосбора, ограниченном верхним (1) и нижним (2) створами (рис. 2).

Рис. 2. Схема выделенного расчетного участка в бассейне реки:

- площади водосборов расчетных участков; - площадь всего бассейна реки

Массовый расход ЗВ в любом створе (), как известно, определяется не только составом сточных вод, но и антропогенной деятельностью на водосборе, а также естественными природными процессами происходящими в самом водном объекте, и рассчитывается по формуле: , где и - соответственно концентрация рассматриваемого -ого ЗВ и расход воды в -ом створе. Приращение массового расхода ЗВ, формирующегося на водосборной площади, ограниченной верхним и нижним створами участка водного объекта складывается из: сосредоточенных источников, т.е. ; диффузного стока, который формируется на водосборе и состоит из загрязнений как природного (), так и антропогенного происхождения , т.е. ; дополнительного диффузного стока, который поступает из донных отложений (вторичного загрязнения), т.е. . Определенная часть ЗВ самоочищается за счет природных процессов, как на территории водосбора, так и в самом русле реки, т.е. .

Если обозначить массовый расход ЗВ, ограниченной входным и выходным створами участка водотока через (за рассматриваемый промежуток времени - для водоема), то балансовое уравнение рассматриваемого участка будет иметь вид:

	(1)

Преобразуем уравнение (1), получим:

.	(2)

Если обозначить отношение расхода самоочищения к массовому расходу загрязнения водосбора через коэффициент самоочищения водосбора ():

,	(3)

а отношение приращения массового расхода загрязнения, к расходу загрязнения водосбора через коэффициент трансформации загрязнения ():

,	(4)

то окончательно уравнение (4) можно записать:

.	(5)

Решить уравнения (1) или (5) аналитически невозможно, но на основании их можно анализировать состояние водосбора и водного объекта. По соотношению (5) логично выделить три зоны значения и соответствующего ему :

(I)

(II)

(III)

Зона (I) - критическое состояние, т.е. самоочищения практически не происходит и характеризуется полной деградацией водного объекта (антропогенное состояние). Все ЗВ транзитом перемещаются и накапливаются по длине реки и водосбора.

Зона (II) - переходное состояние, при котором скорость самоочищения соизмерима со скоростью образования загрязнений.

Зона (III) - благополучное состояние, т.е. самоочищающая способность водосбора и реки превосходит скорость поступления ЗВ.

При освоении водосбора значения коэффициентов будут изменяться. С увеличением антропогенной нагрузки и при отсутствии водоохранных мероприятий коэффициент самоочищения будет стремиться к нулю, а коэффициент трансформации - к единице и, как следствие, водосбор и водный объект будут приближаться к зоне (I).

Графически схему экологического состояния водного объекта и его водосбора можно представить, как это показано на рисунке 3.

Рис. 3. Схема экологического состояния водного объекта и его водосбора

В табличной форме это выглядит следующим образом (табл. 2).

Таблица 2

Значения коэффициентов самоочищения Ксо и трансформации Ктр загрязнений в зависимости от категории состояния водосборов и водных объектов

Категория состояния водосбора и водного объекта	Значения коэффициентов	Значения разности массовых расходов	Состояние водосбора и водного объекта
I	0	1	=	Полностью деградированы
II	0…1	1…0	=…0	Ассимилируют часть загрязнений
III	>1	<0	< 0	Полностью ассимилируют загрязнения и имеют запас самоочищающей способности

Конечной целью программы по стабилизации и последующему восстановлению состояния водного объекта и его водосбора является назначение уровня (целевого показателя ЦП), планируемого в результате выполнения водоохранных мероприятий (рис. 3). Это и есть тот долгосрочный ДЦП или краткосрочный КЦП (в зависимости от масштабов программы) целевой показатель, предусмотренный в идеологии А.М. Черняевым и С.Д. Беляевым. Его достижение связано с повышением значения коэффициента самоочищения водосбора (рис. 3). Назначение ДЦП и КЦП, а, следовательно, и зависит от исходного состояния объекта и объема средств, которые могут быть вложены в выполнение программных мероприятий. В качестве начальных ЦП в зависимости от состояния объекта могут быть приняты, как предлагается А.М. Черняевым и С.Д. Беляевым, значения ПДК или более «мягкие» (в дальнейшем они будут повышаться, «ужесточаться»). Однако, поскольку речь идет не только о самом водном объекте, но и деятельности на его водосборе, такой показатель должен быть «привязан» не к створу, а через створы (как индикаторы загрязнений водосбора) к площади его бассейна. Это позволяет оценивать удельную нагрузку данного водосбора в сравнении с соседними участками, бассейном реки в целом и соседними бассейнами (вплоть до территории России в целом).