Научное обоснование и разработка методологии оценки экологических рисков при загрязнении поверхностных водных объектов химическими веществами

Аннотация к заявке:

В рамках проекта планируется разработать научное обоснование применения теории рисков для существующей системы оценки экологического состояния поверхностных водных объектов по гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим параметрам, проанализировать существующие научно-методические подходы для оценки экологических рисков при поступлении химических веществ в водные объекты (ВО). Будет проведена оценка влияния на уровень экологических рисков следующих процессов и характеристик загрязняющих веществ (ЗВ): физико-химических и биологических свойств; концентраций и объемов поступлений ЗВ в водные объекты; процессов трансформации в водной среде и донных осадках ВО; принципов ранжирования ЗВ по приоритетности их биологической опасности; условий возникновения чрезвычайных ситуаций, обуславливающих экстремально высокие уровни загрязнения ВО; возможное накопление ЗВ в отдельных компонентах ВО с последующим их залповым выбросом. Для выполнения данных задач планируется использование методов математического моделирования процессов миграции и трансформации загрязняющих веществ в ВО, учет стохастической изменчивости параметров в зависимости от гидрологических сезонов (межень, паводок), характера поступления ЗВ (регулярные сбросы, диффузный сток, залповые сбросы), а также использование информационных технологий и баз данных для оценки биологической активности и экологической опасности ЗВ. Разработанная база данных, систематизирующая информацию о физико-химических и токсических свойствах приоритетных групп органических ЗВ будет использована для информационной поддержки оценки экологических рисков. В ходе работы будет подготовлено обоснование потребности российской природоохранной системы во внедрении риск-ориентированного подхода к регулированию загрязнения поверхностных водных объектов, а также будут разработаны проекты методик и руководств по оценке экологических рисков.

Аннотация к итговому отчету:

В настоящее время в развитых странах риск-ориентированный подход занимает центральное положение в системе управления качеством вод. Оценки  рисков являются не только корпоративной практикой, но и нормативно закрепленной процедурой в законодательстве развитых стран. Существуют 2 основных подхода к оценке водных рисков: с точки зрения ущерба здоровью населения и с точки зрения ущерба окружающей среде и экосистемам.

В системе управления водным хозяйством риск-ориентированный подход включает идентификацию, анализ и оценивание рисков. Его основными элементами сявляются:

– идентификация риска – определение ситуаций, при которых возникают риски, влияющие на развитие и состояние управляемой системы;

– определение внутренних и внешних параметров, по которым будет осуществляться управление рисками;

– анализ риска – выявление природы риска и определение уровня риска;

– оценивание риска – сравнение с установленными критериями риска для определения, являются ли риски приемлемыми или допустимыми.

– модификация (изменение) риска;

– мониторинг риска, т.е. процесс контроля рисков для достижения поставленных целей.

В системе управления рисками в отношении качества вод и состояния водных экосистем используются данные о масштабах поступления загрязнений в водные объекты и степени их токсичности, а также данные о текущем состоянии водного объекта, включая гидрологические, гидрохимические и гидробиологические характеристики. При оценке динамики этих характеристик необходимо использование математических моделей.  

В качестве примера рассмотрены риски нарушения параметров качества воды в Учинском водохранилище при поступлении загрязнений с притоками и диффузным стоком. Рассмотрена гидрологическая и гидрохимическия модель водохранилища и выделены зоны с высоким риском загрязнения тяжелыми металлами: 

– зоны максимальной глубины, где проиходит накопление токсикантов, из воторых наибольшую опасность представляют тяжелые металлы;

– зоны с максимальным градиентом содержания кислорода при стратификации водной массы,

– зоны с максимальными скоростями транзита загрязнений, в которых происходит перенос загрязнений из внешних источников и донных осадков.

На рисунке представлены эти зоны, влияющие на риски поступления загрязняющих веществ в водозаборы станций водоподготовки. Количественно риск определяется как уровень превышение концентрации загрязняющего компонента  над нормативом.

Рисунок. Зоны с высоким риском загрязнения тяжелыми металлами из ДО в Учинском водохранилище: а – максимальной глубины, б – с максимальным градиентом содержания кислорода, в – с максимальными скоростями транзита загрязнений и нулевым градиентом электропроводности.

Понятие риска носит стохастический характер. Поэтому необходимо учитывать вероятностный характер параметров, влияющих на уровень риска, в том числе гидрологических и гидрохимических. В частности, это характеристики фоновых концентраций, относящихся к створам вне влияния антропогенных загрязнений. Необходимо проводить анализ статистической устойчивости оцениваемых показателей. Показано, что концентрации загрязняющих компонентов, как правило, описываются распределением Коши. Его особенностью является неустойчивость первого и второго статистических моментов. Это означает, что при увеличении числа измерений такие характеристики, как среднее и дисперсия не стремятся к определенному значению. Поэтому для оценки характерных концентраций загрязняющих веществ в воде водных объектов использование среднеарифметических значений является неэффективным. Рекомендуется использовать непараметрические оценки, в частности, медианные, которые являются значительно более эффективными для анализа гидрохимической информации.

Предложен способ оценки региональных ПДК с учетом их стохастической природы.

Наиболее представительной частью загрязняющих веществ являются органические соединения, и среди них ксенобиотики, т.е. чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящих в биотический круговорот. Наличие аналитически определяемых концентраций ксенобиотиков в окружающей среде прямо или косвенно связаны с хозяйственной деятельностью человека.

Среди множества ксенобиотиков выделяют те, которые производятся в крупных масштабах и которые представляют особую опасность для водных экосистем. Для подавляющего большинства ксенобиотиков отсутствуют утвержденные значения ПДК, поэтому необходимо использовать расчетные методы оценки их токсичности и опасных концентраций, которые формируются на основе знаний структуры вещества и/или физико-химических характеристик, а также информационные технологии, связанные с поиском сведений об опасности веществ в международных базах данных и регистрах. Создана база данных, включающая международные списки приоритетных загрязняющих веществ. Предложено расчетно оценивать значение одного из основных показателей токсикологии – дозы ксенобиотика, при которой наблюдается статистически достоверная гибель 50% живых организмов в тестируемой выборке (LD50) с помощью компьютерной программы.