Экологический мониторинг водных объектов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ 
МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ 
ОБЪЕКТОВ

И.О. ТИХОНОВА
Н.Е. КРУЧИНИНА

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, исправленное и дополненное

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области химической 
технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов вузов, 
обучающихся по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической 
технологии, нефтехимии и биотехнологии»

УДК [556+504.064.3] (075.8)
ББК 26.222:20.18я73
 
Т46

Тихонова И.О.

Т46 
 
Экологический мониторинг водных объектов : учебное пособие / 

И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : 
ИНФРА-М, 2021. — 202 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — 
DOI 10.12737/ 966 056.

ISBN 978-5-16-015959-1 (print)
ISBN 978-5-16-109246-0 (online)
В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с системами 

мониторинга водных объектов и оценкой антропогенного воздействия 
на водные объекты. Изучены влияние гидродинамических условий на распространение загрязняющих веществ, задачи и принципы организации 
систем мониторинга на глобальном и локальном уровнях, комплексные 
оценки качества воды. Приведены математические модели оценки и прогнозирования качества вод. Дополнительно выделены сведения о биологическом мониторинге водных объектов.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки 

05.03.06 «Экология и природопользование», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 20.03.01 «Техносферная безопасность», 20.03.02 «Природообустройство и водопользование».

УДК [556+504.064.3] (075.8)

ББК 26.222:20.18я73

А в т о р ы:

И.О. Тихонова, кандидат технических наук, доцент (гл. 1—8);
Н.Е. Кручинина, доктор технических наук, профессор (введение)

Р е ц е н з е н т ы:

Ю.В. Сметанников, доктор химических наук, профессор Российского 

химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева;

В.И. Гриневич, доктор технических наук, профессор Ивановского госу
дарственного химико-технологического университета

ISBN 978-5-16-015959-1 (print)
ISBN 978-5-16-109246-0 (online)

© Тихонова И.О., Кручинина Н.Е., 

Десятов А.В., 2012

© Тихонова И.О., Кручинина Н.Е., 

2020, с изменениями

Данная книга доступна в цветном  исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

Список принятых сокращений

АНКОС-ВГ — автоматизированная система наблюдений 
и контроля за грязнения поверхностных вод
БПК — биохимическое потребление кислорода
ВСС — временно согласованный сброс
ГВР — Государственный водный реестр
ГГЦ — глобальный гидрологический цикл
ГИС — геоинформационная система
ГСМОС — глобальная система мониторинга окружающей 
среды
ГСН — Государственная служба наблюдений за состоянием 
окружающей среды
ГЭС — гидроэлектростанция
ЗВ — загрязняющее вещество
ИАС ГУИВ — информационно-аналитиче ская система 
сбора, обработки и представления данных государствен ного 
учета использования вод
ИЗВ — индекс загрязнения воды
Минсельхоз России — Министерство сельского хозяйства 
Российской Федерации
Минтранс России — Министерство транспорта Российской 
Федерации
НДС — нормативно допусти мый сброс
ОДУ — ориентировочный допустимый уровень
ПДК — предельно допустимая концентрация
ПДЭН — предельно допустимая экологическая нагрузка
ПО — перманганатная окисляемость
РД — руководящий документ
Росводресурсы — Федеральное агентство водных ресурсов
Росгидромет — Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Роснедра — Федеральное агентство по недропользованию

Список принятых сокращений

Росприроднадзор — Федеральная служба по надзору 
в сфере природопользования
СПАВ — синтетическое поверхностно-активное вещество
УКИЗВ — удельный комбинаторный индекс загрязненности воды
ЭДУ — экологически до пустимый уровень

Введение

Развитие производительных сил, значительная концентрация производства, развитие энергетики, наличие мощных 
транспортных потоков и трубопроводного транспорта, химизация сельского хозяй ства привели к тому, что интенсивность 
водопользования и антропо генные воздействия на гидросферу 
создают угрозы необратимых из менений водных объектов, 
разрушают их экосистемы, значительно снижают годные 
к употреблению водные запасы и качество вод, а это в свою 
очередь существенно ухудшает условия обитания человека.
Системы мониторинга в настоящее время стали важным 
инстру ментом управления экологической ситуацией на водных 
объектах. Системно организованное наблюдение, применение 
современных ме тодов обработки данных, прогнозы, использующие математические модели, позволяют экспертам формировать предложения для лиц, принимающих решения.
В настоящее время более резко выявилась роль мониторинга вод ных объектов в процессах лицензирования: предлицензионный и постлицензионный мониторинг являются необходимыми элемента ми оценки состояния водного объекта.
Возрастает роль систем мониторинга и в связи с увеличением количества и масштабов аварийных ситуаций, воздействующих на водные объекты. Прорывы нефтепроводов, 
аварии речных и морских судов, прорывы шламохранилищ, 
аварии на гидротехнических со оружениях стали, к сожалению, частыми явлениями, экологические последствия которых наносят серьезный ущерб окружающей среде, биоте 
и населению. В этих условиях важную роль играет мониторинг водных объектов, направленный на профилактику аварийных ситуа ций, анализ воздействия на окружающую среду 
острой фазы аварии и управление процессом ликвидации последствий аварии.

Введение

Проблемы целенаправленного сохранения водных ресурсов, улучшения качества вод и обеспечения экологической 
безопасности при использовании водных ресурсов отражены 
в Федеральном законе от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране 
окружающей среды», Водном кодексе Российской Федерации 
от 03.06.2006 № 74-ФЗ, а также в Директиве Европейского 
парламента и Совета Европейского Союза № 2000/60/ЕС 
от 23.10.2000, устанавливающей основы деятельности Сообщества в области водной политики (Рамочная водная директива — WFD).
Названные докумен ты предусматривают:
 
• обеспечение прав людей на чистую воду и благоприятную 
вод ную среду;
 
• поддержание оптимальных условий водопользования;
 
• обеспечение качества поверхностных и подземных вод 
в состоя нии, отвечающем санитарным и экологическим требованиям;
 
• обеспечение защиты водных объектов от загрязнения, 
засоре ния и истощения;
 
• предотвращение или ликвидация вредного воздействия вод;
 
• сохранение биологического разнообразия водных экосистем.
Реализация перечисленных действий возможна только 
в том слу чае, если они будут обеспечены достоверной информацией о текущем и перспективном состоянии водных объектов.
Создание и ведение системы мониторинга водных объектов осно вано на выявлении закономерностей временного 
и пространственно го распределения, взаиморасположения 
объектов мониторинга и ус тановлении системы характеристик 
изменчивости их состояния.
Информационно-логическая последовательность разработки и осуществления ведения мониторинга представлена 
на рис. 1В и 2В.

Введение

Цели и задачи

Объекты мониторинга
Определяемые показатели

Выбор числа и расположения пунктов наблюдения

Продолжительность 
мониторинга

Рис. 1В. Организационная структура гидрологического мониторинга: 
программа мониторинга водных объектов

Выбор аппаратуры и оборудования

Методы обработки результатов измерений

Представление информации

Методы измерения

Передача и архивация результатов измерений

Распространение информации

Проведение измерений

Анализ и интерпретация результатов измерений

Рис. 2В. Организационная структура гидрологического мониторинга: 
функционирование системы мониторинга

Введение

Структура мониторинга должна предусматривать: способы классификации, ранжирования и определения соподчиненности подсистем, блоков и пунктов мониторинга и схемы 
управления их информационной и производственной деятельностью; модели централизованного контроля за структурнофункцио нальным состоянием системы мониторинга в целом 
и процессами выдачи пользователям необходимой информации на электронном или бумажном носителе в удобной 
для потребителей форме.
Методы мониторинга включают: все свойственные гидрологии общенаучные методы (системный, математический, 
моделирование, картографический), все конкретно-научные 
методы (геофизический, геохимический, биогеографический, 
экономический, социологический и ландшафтный) и группу 
специальных или прикладных методов.
Средства мониторинга содержат следующие составляющие:
 
• логические — рабочие гипотезы, суждения, доказательства, 
формулы;
 
• информационные — аппаратура и устройства для сбора, 
систематизации, обработки, хранения и передачи оперативных и фондовых дан ных от подсистем и пунктов мониторинга для обмена информацией между ними;
 
• технические — измерительные приборы, инструмен ты 
и оборудование, необходимые для наблюдений и контроля 
за фактора ми мониторинга;
 
• биологические — живые организмы, используемые в качестве индикаторов мониторинга.
Вся информация, получаемая в процессе функционирования сис темы мониторинга водных объектов, используется 
в подсистеме управления водными ресурсами для обоснования принятия решений по водообеспечению, защите территории от наводнений и паводков, улучшению качества природных вод и, наконец, для разработки пра вил управления 
водохозяйственными системами речных бассейнов в нормальных и чрезвычайных ситуациях.

Введение

В результате изучения дисциплины «Экологический мониторинг» студент бакалавриата должен:
знать
 
• требования действующего законодательства в части экологического мониторинга;
 
• основные источники поступления загрязняющих веществ 
в объекты окружающей среды;
 
• принципы разработки программ и методов экологического 
мониторинга;
уметь
 
• использовать технические средства экологического мониторинга, показатели оценки состояния окружающей среды, 
проводить необходимые расчеты с использованием современных технических средств;
 
• выполнять математическое планирование эксперимента 
и обработку его результатов с целью оптимизации программ 
экологического мониторинга;
владеть
 
• навыками разработки программ экологического мониторинга;
 
• анализом фактического материала при организации экологического мониторинга, анализом состояния объектов наблюдения.

Глава 1. 
ГЛОБАЛЬНЫЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

Глобальный гидрологический цикл — это важнейшая составная часть общепланетарного обмена веществ и энергии, 
представляющая собой перемещение водных масс и их трансформацию в процессе круговорота воды на Земле.
Структурно этот цикл состоит из океанического и континенталь ного звеньев, взаимосвязанных атмосферным переносом воздушных масс и стоком с суши водных масс. В современную геологическую эпоху, т.е. в последние 10—12 тысяч 
лет, объем воды на нашей планете остается практически неизменным и составляет 1,39 млрд км 3.
Экологическая значимость воды заключается в том, что она 
является не только наибольшей по массе составной частью 
живых организмов, но и обеспечивает условия существования 
гидросферы и биосферы на Земле за счет ежегодного распада 
4 млн м 3 с образованием защитного слоя на высоте 70—80 км 
над уровнем моря1.

1.1. ОКЕАНИЧЕСКОЕ ЗВЕНО

Глобальный гидрологический цикл зарождается в Миро вом 
океане, с акватории которого испаряется 84,5% (505 тыс. км 3/год) 
объема воды, участвующей в глобальном круговороте. Боль шая 
ее часть (405 тыс. км 3/год) возвращается в Мировой океан 
в виде атмосферных осадков океанического происхождения, 
а 100 тыс. км 3/год выносится океаническими воздушными массами на сушу (рис. 1.1). Замыкается океаническое звено и весь 
ГГЦ сложной систе мой течений.

1 
Эдельштейн К.К. Гидрология материков: учеб. пособие. М.: Академия, 
2006.