Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Симонян А.Г. 1

---

1 Ереванский государственный университет

Впервые с помощью Армянского индекса качества воды оценено качество воды р. Дебед и её притоков – Памбак, Дзорагет, Марцигет, Ташир и Ахтала. Показано, что от источника до устья рек наблюдается увеличение величины Армянского индекса, что свидетельствует о снижении качества воды рек. Причиной загрязнения является высокое содержание металлов. После городов Степанаван, Ванадзор и Алаверди Армянский индекс качества воды увеличивается, что свидетельствует о снижении качества воды рек, обусловленном загрязнением воды бытовыми сточными водами городов. Качество вод р. Дебед, Памбак, Дзорагет, Ташир, Марцигет и Ахтала комплексно оценено также с помощью других индексов качества воды. Установлена корреляция между Армянским индексом качества воды и другими индексами качества воды.

Статья в формате PDF

0 KB

р.?Дебед

индексы качества воды

Армянский индекс качества воды

энтропия

геоэкологическая синтропия

1. Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям, введены в действие указанием Госкомгидромета № 250-1163 от 22.09.86.

2. Маргарян Л.А., Минасян С.Г., Пирумян Г.П. Сравнение канадского и удельно-комбинаторного индексов качества воды при оценке загрязненности р. Раздан // Вода и экология: проблемы и решения. – 2008. – № 3. – C. 57–64.

3. Никаноров А.М. Научные основы мониторинга качества воды. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. – 577 с.

4. Пирумян Г.П., Симонян А.Г. Энтропийный подход к оценке экологического состояния реки Вохчи // Научный вестник. – 2015. – № 4(6). – С. 89–94.

5. Пирумян Г.П., Симонян А.Г. Анализ экологического состояния реки Агстев с помощью энтропийного индекса // Научный вестник. – 2016. – № 1(7). – С. 191–195.

6. РД 52.24.643-2002. «Руководящий документ. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям».

7. Саркисян В.О. Воды Армении. – Ереван: ЕГУАС, 2008. – 208 с.

8. Симонян А.Г., Пирумян Г.П. Анализ экологического состояния реки Памбак с помощью синергического информационного индекса // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 6. – С. 32–34.

9. Симонян А.Г., Пирумян Г.П. Энтропийный подход к оценке экологического состояния реки // Геология морей и океанов: материалы ХХI Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. – М.: ГЕОС, 2015. – Т. 4. – C. 196–199.

10. Симонян Г.С. Оценка состояния гидроэкологических систем в свете синергической теории информации // Экологическая безопасность и природопользование: наука, инновации, управление: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Махачкала: АЛЕФ, 2013. – С. 275–280.

11. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. – М.: ИЛ, 1963. – 830 с.

12. CCME Water Quality Index. Technical Report, Excerpt from Publication Ni 1299, SBN 1-896997-34-1, Winnipeg, 2001.

13. Cude C.G. Oregon Water Quality Index: A tool for Evaluating Water Quality Management Effectiveness // J. of the American Water Resources Association. – 2011. – Vol. 37, № 1. – Р. 125–137.

Оптимальное решение задач, стоящих перед водным хозяйством страны, невозможно без объективной информации о состоянии водных ресурсов, без разработки, внедрения и совершенствования способов, научно обоснованных технологий обработки, анализа и обобщения аналитических данных о составе поверхностных вод, без оценки качества вод. Изучение экологического состояния крупных рек Армении имеет важное значение как для оценки качества воды данных водных объектов, так и для дальнейшего рационального использования вод этих рек.

В Армении для оценки степени загрязненности воды используются комплексные показатели, которые позволяют: количественно оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества; подготовить аналитическую информацию для представления государственным органам и заинтересованным организациям в удобной, доступной для понимания, научно обоснованной форме. Так, для комплексной оценки качества поверхностных вод в качестве комплексного показателя качества воды используются Индекс загрязнения воды (ИЗВ), Орегонский индекс качества воды (ОИКВ), Канадский индекс качества воды (КИКВ) и Удельно-комбинаторный индекс качества воды (УКИКВ) [1–3, 6, 12, 13]. ИЗВ представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов:

Для расчета индекса загрязнения вод для всего множества нормируемых компонентов, включая рН, БПК5 и содержание растворенного кислорода, амонийного и нитритного азота находят отношения Ci/ПДКi фактических концентраций к ПДК.

Классификация качества воды, проведенная на основе значений ИЗВ, позволяла разделить поверхностные воды на 7 классов в зависимости: от степени их загрязненности от ≥ 0,2 (первый класс) до ≥ 10 (седьмой класс) [1].

Для расчета ОИКВ используют следующие показатели: температура воды, рН, БПК5 и содержание растворенного кислорода, растворенные соли, сумма амонийного и нитритного азота. ОИКВ используется для оценки качества поверхностных вод в США более чем 20 лет [13]. На основе значений КИКВ классифицируют поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности, от 100–95 (первый класс) до менее 44 (пятый класс). КИКВ используется для оценки качества поверхностных вод в Канаде более чем 20 лет [12].

Для расчета УКИКВ используют следующие показатели качества воды: растворенный в воде кислород, БПК5, ХПК, фенолы, нефтепродукты, нитрит-ионы , нитрат-ионы , аммоний-ион , железо общее (Fe+2 и Fe+3), медь, цинк, никель, марганец, хлориды, сульфаты [2, 3, 6].

Мониторинговые створы бассейна реки Дебед

Для определения УКИКВ сперва определяется коэффициент комплексности загрязненности воды (К), который представляет собой отношение количества загрязняющих веществ (показателей), содержание которых превышает ПДК, к общему числу нормируемых ингредиентов и показателей качества. Определяются также повторяемость случаев превышения ПДК каждого показателя (αij) и среднее значение кратности превышения ПДК по результатам проб, где такое превышение наблюдалось (ijβ). Определяется обобщенный оценочный балл (Sij) как произведение частных оценочных баллов по повторяемости и кратности, который может изменяться от 1 до 16. Потом определяется комбинаторный индекс загрязненности воды (Si) как сумма обобщенных баллов (Sij). УКИКВ представляет собой отношение комбинаторного индекса загрязненности воды к число учитываемых в оценке ингредиентов. На основе значений УКИКВ классифицируют поверхностные воды на 5 классов [6].

В последние годы для комплексной оценки качества поверхностных вод нами предлагается использовать синергетический информационный индекс, энтропийный индекс качества воды (ЭИКВ) и Армянский индекс качества воды (АИКВ) [4, 5, 8, 9].

Целью данной работы является оценка качества воды реки Дебед и ее притоков с помощью Армянского индекса качества воды.

Дебед – правый приток реки Храми, являющейся правым притоком Куры. Образуется слиянием рек Памбак и Дзорагет в селе Дсех. Длина с Памбаком 178 км, из них в Армении – 152 км. Площадь бассейна – 4050 км2. Течёт по узкому и глубокому ущелью до села Баграташен. По реке проходит участок армяно-грузинской границы протяжённостью около 12 км. Течение быстрое, Дебед – самая полноводная река Армении (за исключением Аракса). Воды используются для орошения и получения электроэнергии. Крупные притоки – Марц, Шног (справа) и Ахтала (слева). На реке Дебед расположены три створа (мониторинговые посты): № 5 – 0,5 км ниже от точки слияния реки Марцигет, № 6 – 0,5 км выше г. Айрума и № 7 – около границы с Грузией. Река Памбак берёт начало на северо-восточном склоне Памбакского хребта в самой западной его части, на границе между Лорийской и Ширакской областями. Длина реки – 86 км. В основном воды реки Памбак используются для орошения близлежащих земель, в рекреационных и природоохранных целях. На реке Памбак расположены четыре створа (мониторинговые посты): № 1 – 0,5 км выше с. Арташен, № 2 – 0,5 км ниже г. Спитак, № 3 – 0,5 км выше г. Ванадзор и № 4 – 4,5 км ниже г. Ванадзор.

Река Дзорагет вместе с рекой Памбак образуют реку Дебед. Протекает на севере Армении, по северо-западной части Лорийской области, в том числе через город Степанаван. Длина реки – 67 км. На реке Дзорагет расположены два створа (мониторинговые посты): № 8 – 0,5 км выше г. Степанавана, № 10 – устья реки. Река Ташир – приток Дзорагета. Длина реки – 54 км. На реке Ташир расположены два створа: № 11 – 0,5 км выше с. Михайловка и № 12 – 0,5 км ниже с. Саратовка.

Марцигет – правобережный приток р. Дебет – имеет длину 29 км. Попадает в реку Дебед у поселка Туманян. Створ № 13 расположен у устья реки. Ахтала – левобережный приток – попадает в реку Дебед у поселка Ахтала. На реке Ташир расположен один створ: № 14 у устья реки [7].

Материалы и методы исследования

В понимании структурной организации и закономерностей развития экологических систем вообше и, в частности, для водных систем большую роль имеет теория информации. В гидроэкологических системах могут идти пpоцессы как с возpастанием, так и с уменьшением энтpопии. Понятие энтропии имеет множество трактовок в самых разнообразных областях человеческих знаний. Система взаимодействует с внешним миром как единое целое. Открытые системы могут обмениваться с окружающей средой энергией, веществом и, что не менее важно, информацией. Чтобы система действовала и взаимодействовала со средой, она должна потреблять информацию из среды и сообщать информацию среде. Впервые понятия энтропии и информации связал Шеннон [11]. С его подачи энтропия – это количество информации, приходящейся на одно элементарное сообщение источника, вырабатывающего статистически независимые сообщения. Получение какого-либо количества информации равно потерянной энтропии. Информационная энтропия для независимых случайных событий x с N возможными состояниями рассчитывается по формуле

где Pi – вероятность частоты встречаемости некоторого события.

Загрязненность водных систем можно представить как систему тех гидрохимических показателей (элементов), концентрация которых превышает предельно допустимые концентрации: (ПДК). Тогда в уравнении Шенона pi – вероятность числа превышения ПДК i-го вещества или показателя воды из общей суммы превышения ПДК – N, Pi = ni/N.

H = log2N – I;

где I – геоэкологическая синтропия [10]; H – энтропия Шеннон.

Для расчета значений I, H ЭИКВ и АИКВ пользуемся следующим вычислительным алгоритмом:

1. Определяется число случаев превышения ПДК i-го вещества или показателя воды: n.

2. Оценивается общая сумма случаев превышений ПДК (N):

.

3. Вычисляются: log2N, nlog2n и .

4. Рассчитывается геоэкологическая синтропия (I) и энтропия (H):

и H = log2N – I.

5. После чего определяется ЭИКВ: G = H/I.

6. Далее оценивается общая сумма кратности превышений ПДК(M): .

7. Вычисляется: log2M.

8. После чего определяется Армянский индекс качества воды – АИКВ = G + 0,1•log2M.

Результаты исследования и их обсуждение

Показано, что воды р. Дебед и ее притоков являются слабощелочными. Исследования показали, что воды р. Дебед загрязнены некоторыми металлами. Так, в речной воде регулярно превышается ПДК меди, цинка, ванадия, аллюминия, хрома, железа, марганца и селена. ПДК этих металлов превышена в среднем в 1,2–5,8 раз.

Например, в створе 4 р. Памбак БПК5 концентрации нитритного и амонийного азота, Cu, V, Al, Mn, Cr и Se превысили ПДК соответственно в 8, 10, 12, 12, 12, 12, 12, 6 и 2 случаях. В данном случае сумма случаев превышений ПДК – N = 86; I = 289,71/86 = 3,368; H = log2N – I = log286 – I = 6,422 – 3,368 = 3,054; G = H/I = 3,054/3,368 = 0,907. Общая сумма кратности превышений ПДК – ; log2M = 5,28, А = 0,907 + 0,528 = 1,435 (табл. 1).

Таблица 1

Энтропийный и Армянский индексы качества воды рек Дебед, Памбак, Дзорагет, Ташир, Марцигет и Ахтала

Полученные данные свидетельствуют о том, что от источника до устья рек наблюдается снижение качества воды. После городов Степанаван, Ванадзор и Алаверди Армянский индекс качества воды увеличивается, что свидетельствует о снижении качества воды рек, обусловленном загрязнением воды бытовыми сточными водами городов. Поскольку нет очистных сооружений в бассейне реки, сточные воды городов Алаверди и некоторых сел без очистки впадают в реки.

Загрязнением воды рек бытовыми сточными водами обусловлены высокие значения БПК5 и ХПК речной воды и загрязнение ионами нитрита и аммония.

Качество вод р. Дебед, Памбак, Дзорагет, Ташир, Марцигет и Ахтала комплексно оценено также с помощью других индексов качества воды: ИЗВ, ЭИКВ, КИКВ и УКИКВ (табл. 2).

Таблица 2

Индексы качества воды рек Дебед, Памбак, Дзорагет, Марцигет, Ташир и Ахтала

AИКВ = (0,809 ± 0,138) + (0,147 ± 0,056) ИЗВ R = 0,93854, N = 12;

AИКВ = (2,762 ± 0,220) – (0,024 ± 0,003) КИКВ R = 0,91115, N = 13;

AИКВ = (0,343 ± 0,206) + (0,377 ± 0,092) УКИКВ R = 0,77709, N = 13;

AИКВ = (0,180 ± 0,144) + (1,454 ± 0,207) ЭИКВ R = 0,90410, N = 13.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что АИКВ имеет прямолинейную зависимость с ИЗВ, УКИКВ и ЭИКВ и обратную зависимость с КИКВ.

Заключение

1. От источника до устья рек наблюдается снижение качества воды. Причиной загрязнения является высокое содержание металлов.

2. После городов Степанаван, Ванадзор и Алаверди Армянский индекс качества воды увеличивается, что свидетельствует о снижении качества воды рек, обусловленном загрязнением воды бытовыми сточными водами городов.

3. Впервые с помощью АИКВ оценено качество вод р. Дебед и его притоков. Установлена корреляция между АИКВ с другими индексами качества воды.

Библиографическая ссылка