Скачать этот документ в pdf


                                             УТВЕРЖДЕНО
                                             Приказ Министерства
                                             природных ресурсов и
                                             охраны окружающей среды
                                             Республики Беларусь
                                             19.11.1999 N 331
МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ВЫНОСА БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОГО
СОСТОЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ МАЛЫХ РЕК
0212.19-99
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящая Методика разработана применительно к природным условиям Республики Беларусь. Результаты исследований могут быть использованы контролирующими органами Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды для оценки и прогнозирования влияния антропогенной нагрузки от диффузных (рассредоточенных) источников загрязнения на качество малых рек, а также при составлении схем комплексного использования и охраны водных ресурсов.
1.2. Хозяйственная деятельность на водосборах малых рек нарушает естественный круговорот веществ, изменяет потоки биогенных элементов, что приводит к снижению их концентрации в одних местах и накоплению в других. Избыточное поступление биогенных элементов (особенно азота и фосфора) в водоемы и водотоки вызывает их эвтрофирование.
1.3. Объекты сельскохозяйственного производства, включающие как различные угодья, так и производственные объекты (богарные и мелиорированные земли, животноводческие фермы, комплексы, объекты птицеводства) представляют собой источник повышенной биогенной нагрузки. Интенсификация сельскохозяйственного производства, применение минеральных и органических удобрений, а также поверхностный сток с застроенных территорий сельских населенных пунктов и атмосферные осадки могут вызвать изменение величины и направленности потоков биогенных веществ.
1.4. Методика обеспечивает возможность учета количества примесей, формирующихся на водосборе под воздействием диффузных источников загрязнения, с учетом топологии местности, гидрологических характеристик водных объектов (водоприемников) и качества их вод. Она предназначена для оценки выноса азота и фосфора под влиянием указанных выше источников загрязнения, учитывает фоновое поступление этих ингредиентов, обеспечивает возможность оценки перспективного состояния загрязненности малых рек при различных сценариях хозяйственной деятельности на водосборе. Методика включает следующие разделы:
- оценка изменения содержания загрязняющих примесей в водоприемниках;
- оценка фоновых загрязнений участков водотоков;
- оценка объема биогенов, формирующихся на водосборе в результате сельскохозяйственной деятельности;
- оценка объема биогенов от объектов животноводства;
- оценка объема биогенов, формирующихся на территории сельских населенных пунктов;
- поступление азота и фосфора с атмосферными осадками;
- оценка выноса биогенов с территории водосбора с применением ГИС-технологий;
- оценка влияния диффузных источников загрязнения на водоприемники методом аналогий.
1.5. Методика разработана на основании обобщения результатов, выполненных научно-исследовательских работ ЦНИИКИВР, относящихся к различным аспектам прогнозирования качества вод, и с учетом требований водного законодательства, постановлений и указаний директивных органов, касающихся вопросов исследования и охраны вод. Отдельные элементы предлагаемого метода расчета, учитывающие влияние антропогенных факторов на качество речных вод, апробированы при составлении схем комплексного использования и охраны водных ресурсов для ряда бассейнов. Основной расчетный период - 1 год.
2. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ПРИМЕСЕЙ В ВОДОПРИЕМНИКАХ
2.1. Оценку влияния диффузных источников загрязнения рекомендуется выполнять в следующей последовательности. Первоначально производится оценка количества загрязняющих примесей, которые формируются за счет различных факторов антропогенной деятельности. При заданном уровне водоохранных мер оценивается возможное поступление в водоток примесей от учитываемых источников загрязнения.
2.2. В общем виде суммарное количество биогенных веществ, формирующихся за год в пределах водосборной площади малой реки за счет рассредоточенных источников загрязнения, описывается следующим балансовым уравнением:
        В = В    + В    + В      + В    - В  - В  - B ,          (1)
             с.х    атм    нас.п    ж.к    т    ф    у
где: В -  суммарное   поступление   биогенных   веществ  на  площадь
водосбора за год, т;
     В    - количество   биогенов,   формирующихся   на   территории
      с.х
сельхозугодий (мелиорированных и богарных земель), т;
     В     - поступление биогенов с атмосферными осадками, т;
      атм
     В      - поступление биогенов с территории населенных  пунктов,
      нас.п
т;
     В    - поступление от животноводческих комплексов, т;
      ж.к
     В  - поступление биогенов с точечными источниками, т;
      т
     В  - поступление за счет фона, т;
      ф
     B  - вынос с урожаем, т.
      у
     2.3.  Расчет  изменения  концентрации примесей в водоприемниках
ведется  балансовым  методом  последовательно  от  створа  к створу,
начиная   от   истока.  При  учете  процессов  самоочищения  следует
учитывать  температурные  условия  водотоков  и время добегания воды
между контрольными створами.
     2.4.   Ожидаемое   изменение   качества   воды   водоприемников
определяется в створах поступления стоков, в устьях притоков, выше и
ниже    водохранилищ,    при    пересечении    границ   регионов   и
административных районов.
     Исходя  из  уравнения  баланса  масс  вещества  зависимость для
оценки концентрации примесей в любом створе К   (г/куб.м) может быть
                                             см
представлена в виде:
        К  x (Q  - Q   ) x r  + Q       x К       + Q   x К
         р     р    заб     t    бок.пр    бок.пр    ст    ст
  К   = ------------------------------------------------------,  (2)
   см           (Q  - Q    + Q       + Q   + Q  )
                  р    заб    бок.пр    пр    ст
где: К , К      , К  ,  К    -  концентрация    примесей   (г/куб.м)
      р   бок.пр   пр    ст
соответственно  в  водотоке  выше  рассматриваемого  створа,  в воде
боковой приточности, в притоке, в сбрасываемых сточных водах;
     r   - коэффициент, учитывающий снижение концентрации примесей в
      t
водоприемнике в результате процессов самоочищения;
     Q , Q   , Q      , Q  , Q   - расход (куб.м/с) соответственно в
      p   заб   бок.пр   пр   ст
водоприемнике,  забираемой  на хозяйственные нужды, рассредоточенной
боковой приточности, притока и сточных вод, сбрасываемых в реку.
     Для оценки величины изменения концентрации какой-либо примеси в
реке   ДК     (г/куб.м)   ниже  источника  загрязнения  используется
         см
выражение вида:
                              Q   x К
                               ст    ст
                    ДК   = -----------------.                    (3)
                      см   (Q  - Q    + Q  )
                             р    заб    ст
     --------------------------------
     Д - греческая буква "дельта"
     2.5.  Факторы,  определяющие  восстановление  качества  воды  в
речной  сети  в  естественных  условиях  и называемые самоочищением,
включают   совокупность   физико-химических  и  химико-биологических
процессов,  протекающих  в  водоприемниках. На практике влияние всех
участвующих   в   самоочищении   вод   факторов   принято  описывать
зависимостью вида:
                                            т
                                          -г  x t
                    К  = К  x r  = K  x 10       ,               (4)
                     t    о    t    o
     --------------------------------
     г - греческая буква "гамма"
     т - греческая буква "тау"
где: К  и K  - соответственно концентрация неконсервативных примесей
      о    t
в  речной  воде в начальный  период и по истечении  времени t (сут),
г/куб.м;
     г  -  коэффициент, учитывающий трансформацию поступающих в реку
             -1
примесей (сут  ) при температуре т град. C.
     Обычно  численное  значение  этого  коэффициента  для различных
примесей должно определяться экспериментальным путем.
     2.6. Концентрация примесей на зарегулированном участке водотока
должна  определяться  с  учетом скорости водообмена в водохранилище.
Время  пребывания  вод  в  водохранилище  (t,  сут)  определяется по
зависимости:
                                      V
                                       n
                           t = 365 x -----,                      (5)
                                      W
                                       год
где: V  - полезный объем водохранилища, куб.м;
          n
     W     -  среднемноголетний  сток  реки  в створе водохранилища,
      год
куб.м.
3. ОЦЕНКА СУММАРНОГО ВЫНОСА ЗАГРЯЗНЕНИЙ В МАЛЫЕ РЕКИ
Поскольку годовой вынос биогенов с территории водосбора зависит от многих факторов (типов грунтов, их водопроницаемости, уклонов поверхности, покрытости территории и других факторов), с учетом накопленного опыта рекомендуется следующая последовательность расчета по оценке выноса биогенов в малые реки:
1. Территория водосбора разбивается на элементарные субводосборы, в границах которых водно-физические, агрохимические, топологические характеристики местности неизменны.
2. Для каждого субводосбора осуществляется расчет приходных и расходных статей материального баланса биогенов. К приходным статьям баланса относят органические и минеральные удобрения текущего и прошлых лет, сухие и мокрые выпадения из атмосферы, загрязнения, формирующиеся на застроенных неканализованных территориях сельских населенных пунктов, фоновые и др. В расходных статьях баланса учитывается вынос биогенов с урожаем, в результате просачивания на поверхность грунтовых вод, испарения, улетучивания и др.
Для каждого элементарного субводосбора оценивается избыток биогенов, формирующихся на его площади в течение года.
3. Далее, с учетом удаленности субводосбора от водотока, его среднего уклона, типов почв, покрытости почв, результатов гидрохимических наблюдений в створах, оценивается коэффициент выноса биогенов.
Расчет выноса биогенов рекомендуется осуществлять с использованием зависимости (6), полученной в результате обобщения экспериментальных данных отечественных и зарубежных исследователей:
                    n                     n
               B = SUM B      x k      = SUM B      x
                   i=1  изб.i    вын.i   i=1  изб.i
                    x exp(-а x l  x (l  + Дl ) x P,              (6)
                                i     i     i
     --------------------------------
     а - греческая буква "альфа"
     Д - греческая буква "дельта"
где: В - нагрузка  биогенов  в  замыкающем  створе,  определяется по
результатам гидрохимического мониторинга, кг/га в год;
     В       -  избыток  биогенов,  формирующийся  в  течение года в
      изб.i
пределах каждого i-того субводосбора реки, кг/га в год;
     k      - среднегодовой коэффициент выноса биогенов с территории
      вын.i
исследуемого водосбора в реку;
     a  - коэффициент, характеризующий интенсивность снижения выноса
биогенов  с  исследуемой  водосборной  площади в зависимости от пути
                                           2      -1
миграции загрязнителей и водности года, 1/l  кв.км  ,
     l   -  расстояние от центра каждого субводосбора  до  водотока,
      i
I км;
     Р - водность года (Р = 25, 50, 75%), %;
     Дl  = -lnb  / а x l  x P  -  дополнительный    путь    движения
       i       i        i
исследуемого биогена в пределах каждого i-гo субводосбора, км;
     b  = b   x b   x b   x b      -  индекс,    учитывающий   уклон
      i    i1    i2    i3    i4
субводосбора,   тип  почвогрунтов,  характер  использования  земель,
эффективность   водоохранных  мероприятий,  определяется  по  данным
таблицы 3.1.
     --------------------------------
     Д - греческая буква "дельта"
     а - греческая буква "альфа"
     b - греческая буква "бета"
     Выполнение  расчетов  с использованием зависимости (6) вызывает
необходимость  работы  с  большими массивами информации, поэтому для
повышения  эффективности вычислений по данной методике рекомендуется
использование ГИС-технологий.
     В  этом  случае  пользователь  получает  возможность произвести
подготовительные  работы  по  оценке  избытка биогенов на территории
водосбора  на  основе  использования  тематических  карт (почвенных,
поверхности, использования земель и др.).
     Пример  расчета  выноса  биогенов по данной методике приведен в
приложении 1.
     При   выполнении   вычислений   величина   Дl   в  расчетах  не
                                                  i
учитывалась.  Однако  даже  в  упрощенной  постановке  для тарировки
модели  и получения методом итераций по (6) коэффициента а для всего
водосбора  требуется  более  1  часа  машинного  времени на ПК  типа
Pentium 166 с объемом оперативной памяти 48 Мб.
     --------------------------------
     Д - греческая буква "дельта"
     а - греческая буква "альфа"
     Разработанная  модель  обеспечивает  возможность оценки влияния
различных   сценариев  хозяйственной  деятельности  и  климатических
условий на качество речных вод.
Таблица 3.1
Поправочные коэффициенты для учета топологии,
типов почв, хозяйственного использования земель
и водоохранных мероприятий
----T--------------T-----------------------------T-----------------¬
¦N  ¦ Поправочные  ¦       Учитываемые факторы   ¦Числовые значения¦
¦п/п¦ коэффициенты ¦                             ¦  поправочного   ¦
¦   ¦              ¦                             ¦  коэффициента   ¦
¦   ¦              ¦                             +------T----------+
¦   ¦              ¦                             ¦  N   ¦   Р2O5   ¦
+---+--------------+-----------------------------+------+----------+
¦1  ¦Типы почв     ¦глинистые почвы,             ¦ 1,52 ¦   д/о    ¦
¦   ¦      b       +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦       1      ¦супеси, суглинки             ¦ 1,27 ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦пески, торфяно-болотные      ¦ 1,00 ¦          ¦
+---+--------------+-----------------------------+------+----------+
¦2  ¦Уклоны, %     ¦>7                           ¦ 6,25 ¦   д/о    ¦
¦   ¦      b       +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦       2      ¦5 - 7                        ¦ 4,88 ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦3 - 4                        ¦ 2,06 ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦1 - 2                        ¦ 1,0  ¦          ¦
+---+--------------+-----------------------------+------+----------+
¦3  ¦Использование ¦пахотные земли               ¦10    ¦   д/о    ¦
¦   ¦земель        +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦      b       ¦выгоны, пастбища             ¦ 5    ¦          ¦
¦   ¦       3      +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦застроенные территории       ¦ 3    ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦культурные пастбища          ¦ 1    ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+          ¦
¦   ¦              ¦лес                          ¦ 1    ¦          ¦
+---+--------------+-----------------------------+------+----------+
¦4  ¦Водоохранные  ¦безотвальная обработка       ¦ 0,5  ¦   0,4    ¦
¦   ¦мероприятия   +-----------------------------+------+----------+
¦   ¦      b       ¦плоскорезная обработка       ¦ 0,7  ¦   0,6    ¦
¦   ¦       4      +-----------------------------+------+----------+
¦   ¦              ¦обвалование зяби             ¦ 0,8  ¦   0,6    ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+----------+
¦   ¦              ¦щелевание озимых и           ¦ 0,5  ¦   0,5    ¦
¦   ¦              ¦многолетних трав             ¦      ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+----------+
¦   ¦              ¦валы-террасы на пашне через  ¦ 0,04 ¦   0,01   ¦
¦   ¦              ¦32 - 36 м                    ¦      ¦          ¦
¦   ¦              +-----------------------------+------+----------+
¦   ¦              ¦пашня с лесополосами         ¦ 0,03 ¦   0,01   ¦
L---+--------------+-----------------------------+------+-----------
--------------------------------
b - греческая буква "бета"
4. ОЦЕНКА ФОНОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ УЧАСТКОВ ВОДОСБОРА
4.1. Фоновые концентрации загрязняющих веществ являются отправным моментом при оценке глубины антропогенного воздействия на качество водных объектов. Для ориентировочной оценки фоновых концентраций ингредиентов рекомендуется принимать те значения, которые отмечались до периода интенсивного использования водных ресурсов малых рек (т.е. до момента начала интенсивных мелиоративных работ 1960 - 1965 гг.). Оценка величины фоновой нагрузки может производиться как для всей реки, так и для ее отдельных участков. Фоновое содержание ингредиента (азот и фосфор) рекомендуется принимать по данным, приведенным в таблице 1 приложения 2.
4.2. При оценке естественной фоновой нагрузки должны приниматься в расчет гидрологические и геологические условия в речных бассейнах. Оценку местного фона производят для всей реки или ее участков. Количество загрязнений по азоту и фосфору, формирующихся на участках водосбора (преимущественно лесных массивов), рекомендуется рассчитывать по зависимости 7.
                              В = в x F x T                      (7)
где: В - валовое поступление (азота или фосфора), кг;
в - поступление с 1 га, кг/га;
F - площадь водосбора, га;
Т - период времени, год.
Для сравнения: фоновые поступления азота и фосфора с водосборов составляют от 1,4 кг N/гa и 0,04 кг Р/га в Эстонии, и 2,2 кг N/гa и 0,062 кг Р/га - в Дании.
5. ОЦЕНКА ВЫНОСА БИОГЕНОВ С СЕЛЬХОЗУГОДИЙ И
ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ВОД ВОДОПРИЕМНИКОВ
5.1. Основным источником загрязнения речных вод в бассейне малых рек является сельскохозяйственное производство (земледелие) с широким применением органических и минеральных удобрений на мелиорированных и богарных землях. Для оценки влияния стока с сельхозугодий на качество вод малых рек необходима следующая информация о характере использования водосбора:
- физико-географические параметры водосбора (площадь, рельеф, залесенность, заболоченность, озерность, распаханность);
- общая площадь сельскохозяйственных угодий;
- типы почв;
- площадь мелиорированных земель, тип мелиоративных систем;
- структура севооборота;
- количество вносимых удобрений на расчетные уровни.
5.2. С целью определения объема выноса биогенных элементов в водотоки составляется крупномасштабная (1:25000 или 1:50000) картографическая схема пространственного размещения рассеянных и точечных источников на водосборе, по которой получают необходимую для расчетов информацию (площадь сельхозугодий, лесных массивов, наличие ферм и животноводческих комплексов, населенных пунктов, удаленность источников относительно уреза воды, устья и истока реки и т.п.).
5.3. Площади сельскохозяйственных угодий в пределах рассматриваемого бассейна устанавливаются по фактическим данным землепользования в соответствии с учетной формой земельного баланса, имеющейся в каждом хозяйстве (районе, области). Аналогичным образом определяется структура посевных площадей, т.е. площади, занятые разными культурами, количество вносимых минеральных и органических удобрений в единицах веса действующего вещества.
Уточнение границ, размера и характера землепользования для исследуемой территории производится на основе материалов районных служб землеустройства с привлечением аэрофотосъемки.
5.4. Если на рассматриваемом водосборе имеются мелиорируемые земли или планируется создание мелиоративных систем, необходим прогноз выноса биогенных веществ дренажным и поверхностным стоком.
5.5. Для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать для условий Беларуси вынос азота поверхностным стоком 5%, подземным - 10%, фосфора - 1% от вносимых удобрений. В весенний период вынос этих ингредиентов составляет 60 - 70% от годового.
Обобщенные данные, характеризующие годовой вынос биогенных веществ с сельхозугодий поверхностным и дренажным стоком, приведены в таблицах 2, 3 приложения 2.
5.6. Величину выноса биогенных элементов с растительной массой урожая сельскохозяйственных культур рекомендуется определить по зависимости:
                         n
                   B  = SUM C   x У  x F , кг/год                (8)
                    у   j=1  ij    j    j
где: С   - содержание i-го  биогенного  элемента  в  j-той культуре,
      ij
кг/ц;
     У  - урожайность j-й культуры, ц;
      j
     F  - площадь j-й культуры, га;
      j
     n - количество культур.
     Значения  C  для разных культур и почвенных условий приведены в
                i
таблице     4     приложения    2.    За    расчетную    урожайность
сельскохозяйственных  культур принимается ее средняя величина за три
года, предшествующие расчету.
     5.7.  Расчеты  величины  выноса  и  концентрации  сбросных  вод
выполняют  для  мелиорируемого  объекта в пределах площади водосбора
устьевого створа магистрального канала.
     5.8. Прогнозирование качества вод в магистральном мелиоративном
канале   выполняется  для  периодов  весеннего  половодья,  дождевых
паводков  и  летне-осенней межени. Для расчетов необходима следующая
информация:
     -  расчетные  концентрации  примесей  в  дренажных и возвратных
водах, боковой приточности;
     -  продолжительность  половодья, скорость течения и температура
воды  в  канале,  объемы  поступающего  дренажного  стока  и боковой
приточности в каналы весной и в период летне-осенней межени;
     - коэффициенты скорости превращения примесей в канале.
     5.9. В качестве разбавляющих расходов воды в реке рекомендуется
принимать  средние расходы за периоды весеннего половодья и дождевых
паводков   10%   обеспеченности   и   среднемесячный   расход   воды
вегетационного периода года 50%, и 95% обеспеченности по стоку.
     5.10.  Предельно  допустимые концентрации отдельных минеральных
форм  азота в водных объектах нормируются дифференцированно, поэтому
расчет  рекомендуется  выполнять  по  изменению  содержания  N(NO3),
N(NH4),  N(NO2),  N   ,  М   .  При  отсутствии  региональных данных
                   орг    общ
следует  исходить  из  того,  что в дренажном стоке содержится азота
нитратного   96,6%,   аммонийного  -  3,3%,  нитритного  -  0,1%  от
суммарного  минерального  азота.  Содержание  органического  азота и
фосфора  может  быть  принято  70  - 80% от общего. Ориентировочно в
поверхностном  стоке  распределение  форм  азота  следующее:  N(NO3)
- 19,2%, N(NH4) - 80%, N(NO2) - 0,8%.
     5.11.   При   отсутствии  необходимой   информации  в  качестве
расчетных можно принимать осредненные концентрации азота и фосфора с
учетом  типа  мелиоративной  системы, приведенные в таблицах 567
приложения 2.
     Если    известны    среднегодовые    концентрации    химических
ингредиентов,  то  для  перехода  к  концентрациям  рассматриваемого
периода расчетной обеспеченности рекомендуется пользоваться таблицей
8 приложения 2.
     5.12.  Концентрация  азота  и  фосфора весной в устьевом створе
канала рекомендуется определить следующим образом.
     Влияние   паводочного  стока  с  орошаемых  и  богарных  земель
определяется  исходя  из  валового  поступления  биогенных веществ в
единицу времени.
     Количество  азота и фосфора, формирующегося за период половодья
на площади сельхозугодий В  (кг), определяется по зависимости:
                          у
     


База данных актуализирована по состоянию на 14.02.2020

Исправлена ошибка, из-за которой не отображались изображения.

Политика конфиденциальности