Руководящий документ РД 52.24.748-2010 "Усовершенствованная методика определения выноса (переноса) загрязняющих веществ с речным стоком" (утв. Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 11 ноября 2010 г.) (с изменениями и дополнениями)

Руководящий документ РД 52.24.748-2010
"Усовершенствованная методика определения выноса (переноса) загрязняющих веществ с речным стоком"
(утв. Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 11 ноября 2010 г.)

Дата введения - 1 января 2011 г.

1. Область применения

Настоящий руководящий документ устанавливает усовершенствованную методику определения выноса (переноса) загрязняющих веществ с речным стоком.

Настоящий руководящий документ предназначен для наблюдательных подразделений управлений и центров по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, осуществляющих организацию и проведение наблюдений за состоянием поверхностных вод суши, а также обработку результатов наблюдений.

2. Нормативные ссылки

В настоящем руководящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

РД 52.24.508-96. Методические указания. Охрана природы. Гидросфера. Организация и функционирование подсистемы мониторинга состояния трансграничных поверхностных вод суши.

РД 52.24.622-2001. Методические указания. Проведение расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков.

3. Термины, определения и сокращения

3.1. В руководящем документе использованы следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1. Водный объект: сосредоточение природных вод на поверхности суши либо в горных породах, имеющее характерные формы распространения и черты режима. [ГОСТ 19179-73, пункт 6]

3.1.2. Водоток: водный объект, характеризующийся движением воды в направлении уклона в углублении земной поверхности. [ГОСТ 19179-73, пункт 15]

3.1.3. Вертикаль пункта наблюдений: условная отвесная линия от поверхности воды (льда) до дна в водотоке, на которой выполняются работы для получения данных о составе и свойствах воды.

3.1.4. Горизонт пункта наблюдений: место на вертикали (по глубине), на котором производят комплекс работ для получения данных о составе и свойствах воды.

3.1.5. Загрязняющее воду вещество (загрязняющее вещество): вещество в воде, вызывающее нарушение норм качества воды. [ГОСТ 17.1.1.01-77, пункт 40]

3.1.6. Качество воды: характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования. [ГОСТ 17.1.1.01-77, пункт 4]

3.1.7. Контроль качества воды: проверка соответствия показателей качества воды установленным нормам и требованиям. [ГОСТ 27065-86 (СТ СЭВ 5184-85), пункт 2]

3.1.8. Максимально загрязненная струя в створе водотока: водные массы с наиболее высоким содержанием загрязняющих веществ, занимающие определенную часть сечения водного потока.

3.1.9. Створ водотока (реки): условное поперечное сечение водотока, используемое для оценок и прогноза качества воды.

3.1.10. Сточные воды: воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека. [ГОСТ 17.1.1.01-77, пункт 29]

3.1.11. Точка отбора пробы: точно зафиксированное местоположение отбора пробы воды или донных отложений.

3.2. В настоящем руководящем документе применены следующие сокращения:

ЗВ - загрязняющее вещество;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПК - персональный компьютер.

4. Общие положения

4.1. Использование рек и их участков как приемников ЗВ требует систематического контроля за местоположением и объемами поступления этих веществ в реку в целях планирования и осуществления необходимых водоохранных мероприятий.

4.2. Рассчитанные величины выноса (переноса) ЗВ с речным стоком через заданные створы, в том числе створы, расположенные на трансграничных речных участках, могут служить одним из эффективных показателей антропогенной нагрузки на реку в целом или на ее характерные, специально выделяемые для этой цели, участки.

4.3. Для определения трансграничного переноса ЗВ можно использовать методы расчета, предложенные в РД 52.24.508 при условии, что створ, используемый для расчета выноса ЗВ, расположен на значительном расстоянии от сбросов сточных вод или места впадения загрязненных притоков, исключающем образование в сечении реки струй с существенным различием содержания ЗВ.

4.4. Представленные в настоящем руководящем документе методы расчета выноса (переноса) ЗВ могут быть использованы как для устьевых участков рек, так и для участков, где имеет место наличие в сечении реки устойчивых струй с существенно отличающимся содержанием ЗВ.

4.5. Величину выноса ЗВ с водным стоком G за заданный период времени (за конкретный год или многолетие, за характерный период (сезон) в году или многолетии) рассчитывают для конкретного створа реки, где проводились систематические гидрохимические наблюдения.

4.6. Для расчета величины выноса (переноса) ЗВ G в заданном створе реки необходима следующая исходная информация:

а) результаты систематических гидрохимических и гидрологических* наблюдений за период не менее 3-5 лет;

б) выбранное для расчета величины G ЗВ;

в) заданный для расчета выноса вещества период времени (сезон, год, многолетие) в пределах рассматриваемого исходного массива данных;

г) сведения об относительной погрешности аналитического определения концентрации выбранного для расчета выноса химического вещества (в долях от единицы);

д) сведения о возможной максимальной погрешности определения осредненной концентрации вещества в сечении реки, если проводился отбор составных (сливных) проб воды во всем сечении реки или в отдельных выделяемых струях.

4.7. При выборе для расчета выноса ЗВ створа реки следует отдавать предпочтение створам, расположенным как можно дальше от сосредоточенных сбросов в реку сточных вод и мест впадения загрязненных притоков.

Для выбранного створа на момент каждой гидрохимической съемки крайне желательно иметь данные о расходе речной воды.

4.8. При наличии в заданном створе реки струй, существенно отличающихся по содержанию в воде ЗВ, при последующих систематических наблюдениях целесообразно использовать следующие рекомендации:

а) в случае, если струйность в сечении реки связана с впадением крупного притока, створы для расчета выноса вещества с речным стоком целесообразно назначать в реке перед впадением притока и в устье притока;

б) при наличии в сечении реки существенно отличающихся по содержанию вещества струй целесообразна организация отбора проб воды по всему сечению реки таким образом, чтобы каждая точка (вертикаль) наблюдений характеризовала расход речной воды равный примерно 1/4 части расхода воды, относимого к выделенной струе с наименьшим расходом (это в большинстве случаев снимает потребность в учете струйности в сечении реки и повышает точность расчета выноса вещества); если требуемое число проб воды в сечении реки оказывается слишком большим, то целесообразен переход на отбор составных (сливных) проб воды с учетом при расчетах выноса возможной максимальной погрешности получаемых усредненных концентраций вещества при таком отборе проб воды; при этом, чтобы не потерять возможность контроля за наихудшим качеством воды в рассматриваемом створе реки, должна быть оставлена вертикаль наблюдения в максимально загрязненной струе;

в) при организации наблюдений следует стремиться к тому, чтобы по сечению в каждой выделенной характерной струе число отбираемых проб за одну съемку было не менее двух, а в каждом гидрологическом сезоне или выделяемом характерном периоде в годовом цикле число гидрохимических съемок было не менее трех (о рекомендациях по подбору оптимального числа наблюдений в створе реки см 5.4).

4.9. Превышение фактического выноса ЗВ над нормативным, рассчитанным с использованием ПДК или региональной нормативной концентрации, принимают за сверхнормативный вынос (перенос) данного вещества

5. Методика расчета выноса (переноса) с водным стоком загрязняющего вещества через заданный створ реки, где осуществляются систематические гидрохимические наблюдения

5.1. Методика расчета величины выноса (переноса) вещества

5.1.1. Блок-схемы последовательности процедуры расчета выноса (переноса) с речным водным стоком ЗВ представлены на рисунках 1-4 (в нижней части отдельных блоков схем указаны номера формул, таблиц или рекомендуемые методы, посредством которых следует выполнять задачу).

5.1.2. Предварительно перед проведением расчета выноса следует провести анализ особенностей отбора проб воды в заданном створе реки и наличия существенно выраженной периодичности (сезонности) изменения концентрации ЗВ.

Если при проведении гидрохимических съемок в заданном створе без всякого обоснования отбиралась одна несоставная (несливная) проба воды, то такой створ не может считаться достаточно представительным для расчета выноса ЗВ - результаты проведенного расчета для такого створа следует считать ориентировочными.

Если в створе отбирались составные (сливные) пробы воды, но отсутствуют сведения о возможной погрешности концентраций вещества в результате такого отбора проб воды, то расчетная величина выноса (переноса) вещества будет более представительной, чем в случае отбора одной пробы в сечении реки. Однако полученное значение выноса в данном случае представляют без оценки погрешности расчета и расценивают как ориентировочное.

5.1.3. Блок-схема процедуры предварительного анализа исходной информации для оценки и выделения характерных периодов (сезонов), а также выбора задачи для последующего расчета выноса ЗВ показана на рисунке 1.

Для решения поставленной задачи из исходной базы выбирают массив данных по заданному створу реки (это координатный номер створа или, если в створе наблюдения ведутся по ряду вертикалей, координатные номера всех вертикалей в этом створе реки) за последний период многолетия (3 - 20 последних лет). Для расчета должны быть привлечены данные по годовому водному стоку в рассматриваемом створе реки в выбранные для анализа годы (при обработке данных на ПК сведения по водному стоку за расчетные периоды вносят в соответствующую табличную форму). Для проведения расчета выноса (переноса) выбирают одно из наблюдаемых в реке загрязняющих веществ.

Для предварительного визуального просмотра исходных данных в выбранной точке сечения реки строят (желательно программными средствами) точечные графики:

, (1)

при наличии расходов речной воды, сопровождающих каждый результат наблюдения,

, (2)

где:

- концентрация ЗВ в i-й точке сечения реки в период j-й съемки, мг/куб. дм;

t - время (даты отбора проб воды);

- расход речной воды в период j-й съемки, куб. м/с.

В результате предварительного анализа из рассматриваемого массива данных должны быть удалены экстремальные концентрации ЗВ, происхождение которых связано с грубыми ошибками или с аномальными (возможно аварийными) кратковременными явлениями.

Далее при наличии в выбранном для расчета выноса створе нескольких точек наблюдения выполняют предварительное осреднение данных в створе на каждую дату отбора пробы воды (на дату гидрохимической съемки) по формуле:

, (3)

где - число точек отбора проб воды в сечении реки в период j-й съемки.

Для заданного створа реки по рассматриваемому ЗВ проводят предварительный расчет значений выноса по годам в выбранном многолетии G, тонны, по формуле:

, (4)

где:

V - водный сток за заданный расчетный период - многолетие или год, млн. куб. м;

- средняя концентрация ЗВ в рассматриваемом створе реки, рассчитанная по данным взятого для расчета периода, мг/куб. дм:

, (5)

в где - число гидрохимических съемок в расчетном периоде.

в Строят (желательно программными средствами) и визуально просматривают точечные графики:

G = f(t). (6)

В результате визуального контроля выделяют годы с аномальными значениями выноса (переноса), связанные с изменением водности в реке или повышенным сбросом рассматриваемого ЗВ. В дальнейших расчетах выноса за выделяемые многолетия следует учитывать (рассматривать отдельно) многолетия с аномальными среднегодовыми значениями выноса (переноса).

Поскольку действующая сеть гидрохимических наблюдений ориентирована на оценку возможных сезонных изменений концентраций ЗВ, при расчетах выноса (переноса) необходимо учитывать характерные существенно отличающиеся друг от друга по содержанию ЗВ периоды (сезоны) в годовом цикле. Задача предварительных расчетов заключается в выделении наиболее существенной (наиболее выраженной) периодичности (сезонности) изменения концентраций ЗВ в годовом цикле. Каждый из наблюдаемых ингредиентов и показателей качества воды в связи с его особенностями условий формирования и трансформации в водной среде может иметь свою характерную периодичность (сезонность) содержания в речной воде в пределах годового цикла в отдельных точках и створах наблюдения. Поэтому при расчетах выноса (переноса) по отдельным ЗВ необходимо учитывать внутригодовую периодичность (сезонность), характерную именно для рассматриваемого ЗВ. В связи с этим по результатам визуального контроля и теоретическим соображениям задают варианты (версии) возможной периодичности (сезонности) изменения концентрации рассматриваемого ЗВ. В качестве критерия наличия и степени выраженности периодичности (сезонности) изменения концентраций ЗВ используют коэффициент сезонности , определяемый по формуле:

, (7)

где:

k - число выделенных периодов (сезонов) в годовом цикле по рассматриваемой версии;

i - нумерация последовательных пар сравниваемых периодов (сезонов) в рассматриваемой версии (в последней паре конечный период сравнивается с первым);

- расчетное значение непараметрического критерия для i-й пары сравниваемых периодов (сезонов) в рассматриваемой версии;

- нормированное значение u для i-й пары сравниваемых периодов (сезонов) в рассматриваемой версии (расчет параметров и рассмотрен в Приложении А).

Примечание - Если в версии набора периодов хотя бы в одной паре сравниваемых периодов величина составила меньше единицы, то такую версию сезонности считают неприемлемой и не рассматривают (при работе с программой на ПК об этом выдается соответствующее сообщение).

Случаи, когда в годовом цикле можно выделить не более двух периодов (сезонов), рассматривают отдельно с определением по формуле:

. (8)

В случае, если , то, чтобы избежать деления на 0, принимают . Если число данных в большей из двух каких-либо сравниваемых выборок (сезонов) составляет более восьми (m* > 8), то для определения коэффициента сезонности для этой пары вместо соотношения следует брать соотношение , где |1,28| - модульное предельное число; - рассчитанный модуль параметра z для i-й пары сезонов. Данный модуль используют в связи с тем, что значение z может быть положительным или отрицательным числом:

. (9)

При значениях рассматриваемую версию сезонности считают достаточно выраженной. Чем выше значение , тем существеннее выражена сезонность изменения концентраций рассматриваемого вещества.

По полученным значениям выбирают наилучшую версию описания сезонности изменения концентрации рассматриваемого ЗВ (при работе с программой на ПК это делается автоматически). В качестве результата расчета представляют сроки продолжительности сезонов лучшей выделенной версии сезонности и значение коэффициента сезонности для этой версии.

Примечание - Для выбора лучшей версии сезонности по гидрохимическим данным для удобства используют помесячный временной шаг. При расчете выноса значение водного стока за каждый характерный сезон рекомендуется брать более точно, учитывая даты произошедшего половодья.

Следующим шагом является выбор задачи расчета выноса (переноса) заданного ЗВ и переход к соответствующим этой задаче алгоритмам продолжения расчета:

- расчет выноса (переноса) ЗВ по заданным периодам (сезонам) в заданном году или многолетии (возможна также задача расчета выноса только для одного рассматриваемого периода), то же самое по заданным периодам (сезонам) в году или многолетии, выбранным в качестве фоновых (расчет выполняют по алгоритму в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 2);

- расчет выноса (переноса) ЗВ по заданным годам или многолетиям (возможна также задача расчета выноса только по одному выбранному году или многолетию), то же самое по году или многолетию, выбранному в качестве фонового (расчет выполняют по алгоритму в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 3).

5.1.4. Расчет выноса (переноса) вещества по выделенным периодам (сезонам) в заданном году или многолетии в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 2, заключается в следующем.

Для расчета выноса выбирают из базы массив данных за интересуемый период (сезон) за отдельный год или многолетие. Привлекают для расчета данные по водному стоку за рассматриваемый период (сезон) в заданном году или многолетии (при расчете выноса на ПК исходные данные по водному стоку вносят в соответствующую табличную форму).

Примечание - Если требуется рассматривать несколько периодов (сезонов), в том числе период (сезон) в году или многолетии, выбранному в качестве фонового, то расчет для каждого периода (сезона) ведут параллельно по данной блок-схеме. Если необходимо рассматривать выделенный период (сезон) за ряд лет или многолетий, то такой расчет для отдельных лет и многолетий также выполняют параллельно по данной блок-схеме.

Исходя из полноты и особенностей исходной информации, возможен ряд вариантов расчета выноса (переноса) ЗВ по следующему алгоритму (см. рисунок 2).

5.1.4.1. В качестве условия проверяют число наблюдений в рассматриваемом сезоне в заданном году или многолетии.

Если

, (10)

или

, (11)

то осуществляют переход к 5.1.4.2. В противном случае - к 5.1.4.6.

В условиях (10), (11) - число наблюдений (число съемок) в выделенном характерном периоде (сезоне) за заданный год; - число наблюдений (число съемок) в сезоне в заданном многолетии.

Примечание - Если число наблюдений (число съемок) в выделенный характерный период (сезон) за заданный год составляет менее двух, то расчет выноса за этот период не проводят. Если в заданном многолетии в выделенный характерный период (сезон) в каком-либо году наблюдения не проводились, то такое многолетие считают непредставительным и расчет выноса за заданный период (сезон) не проводят.

5.1.4.2. Рассматривают условие:

. (12)

Если условие (12) соблюдается, то осуществляют переход к 5.1.4.3, в противном случае - к 5.1.4.4.

5.1.4.3. По формуле, аналогичной формуле (5) (в формуле вместо берется ), рассчитывают среднее значение концентрации ЗВ в выделенном характерном периоде (сезоне) за заданный год или многолетие. Переход к 5.1.4.5.

5.1.4.4. По формуле (3) рассчитывают среднее значение концентрации ЗВ в створе в выделенном периоде (сезоне) за заданный год или многолетие.

5.1.4.5. По формуле, аналогичной формуле (4), определяют вынос ЗВ за выделенный характерный период (сезон) в заданном году или многолетии . Погрешность расчета выноса не определяют. Результат расчета считается ориентировочным. Далее выполняют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму продолжения расчета (переход к алгоритму, указанному в 5.2).

5.1.4.6. Проверяют условие:

. (13)

Если условие (13) соблюдается, то осуществляют переход к 5.1.4.7. В противном случае - к 5.1.4.10.

5.1.4.7. Проверяют условие: "Есть данные о расходах воды на дату отбора пробы воды (на дату съемки)".

Если данные о расходах воды на дату отбора пробы (на дату съемки) отсутствуют, то расчет проводят аналогично указанному в 5.1.4.3, 5.1.4.5.

Если данные о расходах воды на дату отбора пробы (на дату съемки) имеются, то осуществляют переход к 5.1.4.8.

5.1.4.8. Проводят оценку достоверности статистических связей типа С = f(Q) и Q = f(C). Для выявления наиболее тесной линеаризованной статистической связи используют следующие виды уравнений регрессии:

1) y = a + bx,

2) ,

3) ,

4) y=a+blgx,

5) ,

6) ,

7) ,

8) ,

9) ,

10) ,

11) ,

12) ,

13) ,

14) ,

15) ,

16) . (14)

Статистическую связь принимают значимой, если она удовлетворяет параметрам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Критерии оценки качества статистических связей

Число членов ряда n	Коэффициент корреляции r		Категория качества
<=15	>=0,91 0,80 - 0,70	<=0,40 0,41 - 0,70	Хорошая Удовлетворительная
15 < n < 25	>=0,89 0,88 - 0,66	<=0,45 0,46 - 0,75	Хорошая Удовлетворительная
>25	>=0,87 0,86 - 0,60	<=0,50 0,51 - 0,80	Хорошая Удовлетворительная

В таблицу 1 включены параметры:

сигма - среднее квадратическое отклонение, мг/куб. дм, определяемое для анализируемого ряда значений концентраций ЗВ по формуле:

, (15)

- среднеквадратическая погрешность проверочных расчетов концентраций ЗВ, мг/куб. дм, по найденному уравнению регрессии, определяемая по формуле:

, (16)

где - значение концентрации ЗВ, мг/куб. дм, полученное по уравнению регрессии по тем данным расхода воды в водотоке, при которых была зафиксирована величина .

Коэффициент корреляции r при линейной связи между параметрами и определяют по формуле:

, (17)

где:

, - наблюденные i-e значения коррелируемых параметров;

, - среднеарифметические значения этих параметров.

Если при линеаризации статистической связи параметры и брались в измененном виде (например: ; ; , ), то в формуле (17) их i-e значения следует брать в таком же измененном виде.

Если статистическая связь типа С = f(Q), оказалась недостоверной, то расчет продолжают аналогично указанному в 5.1.4.3, 5.1.4.5.

Если статистическая связь типа С = f(Q), оказалась достоверной, то осуществляют переход к 5.1.4.9.

5.1.4.9. Для найденной достоверной статистической связи С = f(Q) составляют необходимые расчетные зависимости в виде уравнений регрессии (см. 5.1.4.8).

Примечание - Способы упрощенного определения статистических связей можно найти в работах [1]-[4].

Расчет величины выноса (переноса) ЗВ за заданный период осуществляют по формуле:

G = CV, (18)

где:

G - величина выноса ЗВ с речным стоком за выделенный характерный период (сезон) в заданном году или многолетии, т;

С - рассчитанная по уравнению регрессии средняя концентрация ЗВ, соответствующая условиям среднего расхода речной воды в выделенном характерном периоде (сезоне) за заданный год или многолетие, мг/куб. дм (г/куб. м);

V - водный сток за выделенный расчетный период (сезон) в заданном году или многолетии, млн. куб. м.

Примечание - Водный сток в заданный период и средний расход за этот период взаимосвязанные величины, позволяющие рассчитать неизвестную из этих характеристик.

Погрешность расчета выноса не определяют. Результат расчета считается ориентировочным.

Далее выполняют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму для продолжения расчета (см. 5.2).

5.1.4.10. При наличии в сечении реки более одной точки наблюдения осуществляют оценку возможности выделения максимально загрязненной струи в сечении реки с использованием критерия Вилькоксона-Манна-Витни (критерия "") (см. Приложение А).

Сопоставление рядов данных в точках наблюдения в сечении реки проводят, взяв в качестве опорной точку, где наблюдалась наиболее высокая средняя концентрация рассматриваемого ЗВ. Сравнение данных в этой точке выполняют последовательно (попарно) со всеми другими точками наблюдения. Далее, данные в тех точках наблюдения, в которых значения концентрации ЗВ отличались несущественно от данных в опорной точке, объединяют (объединяемые в единую струю точки могут располагаться в любом месте сечения реки). Если остались необъединенными данные по другим точкам, то их объединяют в другой (второй) массив. Массивы таких объединенных данных в сечении реки характеризуют определенные объемы речной воды, существенно отличающиеся по содержанию рассматриваемого ЗВ.

Если выделить характерные струи не удалось, то по формуле (3) по датам съемок рассчитывают среднее значение концентрации ЗВ в сечении заданного створа, и далее расчет ведут, как указано в разделе 5, начиная с 5.1.4.7. Если расчет выноса ЗВ получен по формуле (4), то погрешность определяют по формулам (28, 32) (см. 5.3), если по формуле (18), то - по формуле (28).

Если характерные струи выделены, то по формуле, аналогичной формуле (3), определяют средние концентрации ЗВ отдельно по каждой выделенной струе на дату съемки и проверяют достоверность статистической связи между средними концентрациями ЗВ в каждой струе и изменением расхода воды в створе реки.

Если для рассматриваемой струи статистическая связь типа С = f(Q) оказалась достоверной, то по уравнению регрессии определяют концентрацию ЗВ, соответствующую среднему расходу воды за расчетный период (за рассматриваемый год или многолетие).

Если для рассматриваемой струи статистическая связь типа С = f(Q) оказалась недостоверной, то за расчетный период (год или многолетие) по формуле, аналогичной формуле (3), рассчитывают среднюю концентрацию ЗВ в этой струе.

5.1.4.11. Для каждой выделенной в сечении реки струи назначают среднюю за расчетный период долю общего расхода речной воды, относимую к данной струе.

5.1.4.12. Выполняют расчет выноса (переноса) ЗВ за выделенный период (сезон) в заданном году или многолетии по формуле:

, (19)

где:

V - водный сток в рассматриваемом сезоне за расчетный период (год или многолетие), млн. куб. м;

- средняя концентрация ЗВ в первой струе (максимально загрязненная струя) речной воды, мг/куб. дм;

- средняя концентрация ЗВ во второй струе (струе, образуемой остальной массой воды в створе реки), мг/куб. дм;

- средняя для расчетного периода доля расхода воды в реке, относимая к первой струе;

- средняя для расчетного периода доля расхода воды в реке, относимая ко второй струе.

Примечание - Если струи выделить не удалось, то в сечении реки для расчета по формуле (19) принимают условие, что в створе реки имеет место одна струя, т.е. имеет место одно значение , и альфа = 1.

Погрешность определения выноса ЗВ вычисляют по формуле (42).

Далее осуществляют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму (см. 5.2).

5.1.5. Особенность расчета выноса (переноса) по блок-схеме, представленной на рисунке 3, заключается в следующем.

Для расчета выноса из исходных данных выбирают массив данных за заданный год или многолетие. Привлекают для расчета данные по водному стоку за рассматриваемый год или многолетие (при использовании ПК данные по водному стоку вносят в соответствующую табличную форму), а также средний за заданный год или многолетие расход воды .

Примечание - Если требуется рассматривать несколько лет или многолетий, в том числе год или многолетие, выбранные в качестве фонового, то расчет для каждого такого года или многолетия ведут параллельно по данной блок-схеме.

Если при предварительной обработке данных в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 1, были выделены характерные периоды (сезоны) для рассматриваемого года или многолетия, то для расчета выноса привлекают (при расчетах на ПК вносят в соответствующую экранную форму) значения по водному стоку за выделенные характерные периоды (сезоны) в заданном году или многолетии , млн. куб. м, а также средний расход воды за каждый выделенный характерный период (сезон) за год или многолетие , куб. м/с.

Примечание - Если за расчетный год или многолетие полностью отсутствовали наблюдения за какой-либо важный в годовом цикле период (например, за зимний период или половодье), то вынос рассчитывают только за заданный неполный период годового цикла. Результат такого расчета должен сопровождаться соответствующим пояснением.

Далее, исходя из полноты и особенностей исходной информации, в соответствии с блок-схемой, помещенной на рисунке 3, расчет выноса осуществляют по следующему алгоритму.

5.1.5.1. Рассматривают условие "Есть ли выявленные характерные периоды (сезоны) в заданном году или многолетии".

При наличии выделенных характерных периодов (сезонов) расчет выноса ЗВ для каждого из них предварительно ведут в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 2. Вынос определяют по формулам:

(20)

или

, (21)

где:

- значение выноса за i-й период (сезон) в рассматриваемом году;

- значение выноса за i-й период (сезон) в рассматриваемом многолетии.

Для продолжения расчета осуществляют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму (см. 5.2).

При отсутствии выделенных характерных периодов (сезонов) выполняют переход к 5.1.5.2.

5.1.5.2. Проверяют условие:

, (22)

где - число наблюдений (съемок) в году.

Если условие (22) имеет место, то расчет выноса из-за недостаточного количества данных не проводят. В противном случае выполняют переход к 5.1.5.3

5.1.5.3. Проверяют условие о количестве точек наблюдения в заданном для расчета выноса (переноса) створе:

. (23)

Если условие (23) соблюдается, то осуществляют переход к 5.1.5.4. В противном случае - к 5.1.5.6.

5.1.5.4. Проверяют условие: "Есть данные о расходах воды на дату отбора пробы (на дату съемки)".

Если данные о расходах воды на дату отбора пробы (на дату съемки) отсутствуют, то по формуле (5) рассчитывают среднее значение концентрации вещества в заданном году или многолетии. Затем по формуле (4) выполняют расчет выноса ЗВ. Определение погрешности расчета выноса не производят.

Далее выполняют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму продолжения расчета (см. 5.2).

Если данные о расходах воды на дату отбора пробы (на дату съемки) имеются, то выполняют оценку наличия достоверных статистических связей типа С = f(Q), Q = f(C) аналогично указанному в 5.1.4.8.

Если статистическая связь оказалась недостоверной, расчет выноса выполняют с использованием формул (5), (4). Определение погрешности расчета выноса не производят.

Далее выполняют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму для продолжения расчета (см. раздел 5.2).

Если статистическая связь оказалась достоверной, то осуществляют переход к 5.1.5.5.

5.1.5.5. Для найденной достоверной статистической связи С = f(Q) составляют необходимые расчетные зависимости (уравнения регрессии). Расчет величины выноса (переноса) ЗВ за заданный период осуществляют по формуле (18). Определение погрешности расчета выноса не производят.

Далее выполняют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму для продолжения расчета (см. 5.2).

5.1.5.6. В случае наличия в створе реки более одной точки наблюдения проводят оценку возможности выделения максимально загрязненной струи с использованием критерия .

Если характерных струй выделить не удалось, то по формуле (3) по датам наблюдений (по датам съемок) рассчитывают среднее значение концентрации ЗВ в сечении заданного створа. Далее расчет выполняют аналогично указанному в 5.1.5.4, 5.1.5.5.

При наличии выделенных струй осуществляют переход к 5.1.5,7.

5.1.5.7. По формуле, аналогичной формуле (3), определяют средние концентрации ЗВ отдельно по каждой выделенной струе на дату съемки и проверяют достоверность статистической связи между средними концентрациями ЗВ в каждой струе и расходами воды в створе реки в пределах рассматриваемого года или многолетия.

Если для рассматриваемой струи статистические связи типа С = f(Q), Q = f(C) оказались достоверными, то по уравнению регрессии определяют концентрацию вещества, соответствующую средним расходам воды за расчетный период (за рассматриваемый год или многолетие).

5.1.5.8. Для каждой выделенной в сечении реки струи назначают среднюю за расчетный период (год или многолетие) долю общего стока речной воды, относимую к данной струе.

5.1.5.9. Выполняют расчет выноса (переноса) ЗВ за выделенный период (сезон) за заданный год или многолетие по формуле (19).

Расчет погрешности полученного значения выноса вещества выполняют по формуле (42).

Далее осуществляют переход к блок-схеме, помещенной на рисунке 4, и соответствующему этой блок-схеме алгоритму для продолжения расчета (см. 5.2).

5.2. Оценка сверхнормативного выноса (переноса) вещества с речным стоком и антропогенной составляющей в выносе вещества

5.2.1. Расчет нормативного стока (переноса) ЗВ в заданном створе за расчетный период (сезон, год или многолетие) вычисляют в соответствии с блок-схемой, помещенной на рисунке 4, по формуле:

, (24)

где:

V - водный сток за заданный расчетный период (сезон, год или многолетие), млн. куб. м;

- ПДК рассматриваемого ЗВ, мг/куб. дм.

Примечание - При расчетах выноса по прилагаемому программному обеспечению вместо могут быть использованы региональные нормативы ЗВ. В этом случае требуется сделать необходимые поправки значений в прилагаемом к программному обеспечению файле "Kod_ingr.win".

Определение сверхнормативного выноса (переноса) ЗВ за расчетный период (сезон, год или многолетие) вычисляют в процентах по формуле:

, (25)

где - вынос (перенос) ЗВ за заданный расчетный период (сезон, год или многолетие), млн. куб. м.

Примечание - Следует различать и отдельно рассматривать сверхнормативный перенос ЗВ через створ реки и наличие в сечении реки сверхнормативных его концентраций в отдельных струях. Последнее имеет прямое отношение к степени загрязненности речной воды.

5.2.2. Антропогенную составляющую в выносе ЗВ рассчитывают согласно РД 52.24.508 по формуле:

, (26)

где:

- ориентировочное значение антропогенной составляющей в выносе ЗВ, т;

- величина выноса ЗВ в рассматриваемом створе реки за расчетный период (сезон, год или многолетие), т;

- величина выноса ЗВ в том же створе реки за фоновый период (сезон, год или многолетие), когда концентрация ЗВ соответствовала относительному гидрохимическому фону, т;

- поправочный коэффициент на разницу в стоке воды за расчетный и фоновый периоды, определяемый по формуле:

, (27)

где:

- объем водного стока за расчетный период (сезон, год или многолетие), млн. куб. м;

- объем водного стока за фоновый период (сезон, год или многолетие), млн. куб. м.

Для рек с коротким периодом систематических гидрохимических наблюдений допускается использование фоновых данных по реке аналогу.

5.3. Определение возможной погрешности рассчитанных величин выноса (переноса) вещества с речным стоком

5.3.1. Если в створе реки наблюдения проводились только в одной вертикали, то расчет погрешности значений выноса не проводят. Если в выбранном многолетии есть годы, когда наблюдения проводились только в одной вертикали, то погрешность расчета выноса за это многолетие также не проводят. Если в одной из выделенных струй имеется всего одна вертикаль наблюдений, то погрешность значений выноса может быть определена только в том случае, если расчет выноса ЗВ будет выполнен без учета выделенных струй. Если за расчетный период в сечении реки на одну из дат гидрохимических съемок имеется единичное наблюдение (наблюдение только в одной точке сечения), то погрешность не рассчитывают (в целях возможности расчета погрешности выноса такую единичную пробу следует удалить).

5.3.2. Относительная погрешность рассчитанных значений выноса вещества (в долях от единицы) при отсутствии в сечении реки существенной струйности может быть определена с использованием следующих формул:

а) в случае расчета выноса ЗВ по формуле (18) в соответствии с алгоритмом, указанным в 5.1.4 (при наличии статистической связи типа С = f(Q)):

, (28)

где:

; (29)

; (30)

; (31)

- относительная погрешность определения стока воды за расчетный период (в долях от единицы);

- относительная погрешность определения средней концентрации ЗВ за расчетный период (сезон, год, многолетие) (в долях от единицы);

- относительная погрешность определения концентрации ЗВ в сечении реки, рассчитанная с учетом погрешности аналитического определения вещества и погрешности осреднения проб воды в сечении реки в среднем за съемок (в долях от единицы);

- число гидрохимических съемок за расчетный период (сезон, год, многолетие);

- погрешность определения концентрации ЗВ по уравнению регрессии, полученному для расчетного периода, на основе осредненных концентраций в сечении реки по отдельным съемкам, мг/куб. дм (см. формулу (16));

- концентрация ЗВ, соответствующая среднему за расчетный период (сезон, год, многолетие) расходу речной воды (рассчитывают по уравнению регрессии), мг/куб. дм;

- относительная погрешность аналитического определения концентрации ЗВ в пробе воды (относительное стандартное отклонение, в долях от единицы) (берут из характеристики метода химического анализа вещества в природных водах);

- погрешность определения средней концентрации ЗВ в сечении реки за j-ю съемку, мг/куб. дм;

- i-e значение концентрации ЗВ в сечении реки по данным j-й съемки, мг/куб. дм;

- среднее значение концентрации ЗВ в сечении реки в периоду j-й съемки, мг/куб. дм;

- число проб в сечении реки (число точек в сечении реки), отбираемых при j-й съемке.

Примечание - В случае отбора составных (сливных) проб воды по сечению реки в формуле (30) вместо выражения

должно использоваться максимальное за расчетный период значение возможной погрешности осреднения концентраций ЗВ при таком отборе проб воды (в долях от единицы); значение параметра в каждом конкретном случае, в том числе по отдельным сезонам, зависит от условий и детальности гидрологических наблюдений, от используемого для измерения расходов воды оборудования, от способов расчета значений водного стока при несовпадении размещения гидроствора и створа отбора проб воды (при отсутствии информации о параметре , можно принять, что в среднем );

б) в случае расчета выноса ЗВ по формуле (4) (при отсутствии статистической связи типа С = f(Q)) определение параметра выполняют по формуле (28), в которой:

, (32)

где:

, (33)

, (34)

- среднее значение концентрации ЗВ, рассчитанное для временного ряда данных за весь расчетный период, мг/куб. дм.

Примечание - Параметр определяют по формуле (31);

в) в случае расчета выноса ЗВ по формулам (20, 21) определение параметра определяют по формуле:

, (35)

где:

; (36)

; (37)

- относительная погрешность определения стока воды за k-й период (сезон) (в долях от единицы);

- водный сток за k-й период (сезон), млн. куб. м;

V - водный сток за весь расчетный период (год или многолетие), млн. куб. м;

при наличии в пределах сезона связи типа С = f(Q):

, (38)

где:

, (39)

при отсутствии в сезоне связи типа С = f(Q):

. (40)

Примечание - При отсутствии связи типа С = f(Q) в формуле (39) вместо берется параметр ;

, (41)

- относительная погрешность определения средней концентрации вещества для k-го периода (сезона) (в долях от единицы);

- параметр , рассчитанный для k-го сезона (см. формулу (30));

- число гидрохимических съемок в k-м сезоне;

- параметр , рассчитанный для k-го сезона, мг/куб. дм (вычисляют по уравнению регрессии для среднего расхода речной воды за k-й сезон);

- среднее значение концентрации ЗВ, рассчитанное по данным всех съемок за k-й сезон, мг/куб. дм.

5.3.3. При наличии выделенных струй в сечении реки формулы для определения относительных погрешностей будут иметь следующий вид.

В случае расчета выноса ЗВ по формуле (19) для определения параметра вместо формулы (28) используют формулу:

, (42)

где:

; (43)

- доля расхода речной воды, относимая к z-й струе (в долях от единицы);

- относительная погрешность стока воды, относимого к z-й струе за расчетный период (в долях от единицы).

При наличии статистической связи типа С = f(Q) в выделенной струе 2 параметр определяют по формуле:

, (44)

где:

; (45)

. (46)

При отсутствии статистической связи типа С = f(Q) в выделенной струе параметр вычисляют по формуле:

, (47)

где:

; (48)

; (49)

- средняя концентрация ЗВ в z-й струе за расчетный период, полученная по уравнению регрессии (вычисляют по уравнению регрессии для z-й струи по среднему расходу речной воды за рассматриваемый период), мг/куб. дм;

- средняя концентрация ЗВ в z-й струе за расчетный период (средняя, полученная по значениям с ), мг/куб. дм;

- концентрация ЗВ в i-й точке z-й струи в период j-й съемки, мг/куб. дм;

- средняя концентрация вещества в z-й струе в период j-й съемки, мг/куб. дм;

- число точек отбора (число отбираемых проб) в z-й струе в сечении реки в j-й съемке.

Примечание - Параметр определяют по формуле (46).

В случае расчета выноса вещества по формулам (20) или (21) при наличии в выделенном характерном сезоне статистической связи типа С = f(Q) определение параметра Н выполняют по формуле:

, (50)

где:

; (51)

; (52)

- доля расхода речной воды, относимая к z-й струе в k-й период (сезон) (в долях от единицы).

Параметр рассчитывают по формулам:

- при наличии связи типа С = f(Q)

, (53)

где:

; (54)

; (55)

- при отсутствии статистической связи типа С = f(Q)

, (56)

где:

; (57)

; (58)

- число точек (число отбираемых проб воды) в сечении реки в z-й струе в j-ю съемку в k-й период (сезон);

- средняя концентрация ЗВ в z-й струе за расчетный период (средняя, полученная по значениям ), мг/куб. дм.

Примечание - Параметр определяют по формуле (55).

5.3.4. Величина возможной погрешности расчета выноса (переноса) ЗВ с речным стоком в виде абсолютного выражения , т, может быть рассчитана по формуле:

. (59)

5.4. Формирование программ наблюдения

В створах наблюдения, используемых для расчета выноса (переноса) ЗВ, необходимый объем наблюдений должен организовываться исходя из задаваемой точности расчета величин выноса вещества, а также изменчивости его концентраций в сечении водного объекта и в рассматриваемых периодах времени, для которых проводят расчет выноса (переноса).

В рамках развития системы мониторинга для получения представительных данных необходимо расширение и последующая оптимизация наблюдений в створах, где требуется проводить расчет выноса ЗВ (створы, расположенные на трансграничных и устьевых участках рек; створы, замыкающие интенсивно загрязняемые водохозяйственные участки, где ведутся наблюдения и контроль за выполнением установленных нормативов допустимого вредного воздействия на водный объект). В связи с этим первоначально организованные наблюдения в таких створах должны включать число вертикалей в сечении реки не менее трех и число съемок в годовом цикле не менее 7 - 12. Если в сечении намечаются три вертикали, то крайние из них следует устанавливать примерно на 1/3 расстояния от берега до стрежня речного потока в местах расположения струй со значительным расходом воды. В створе наблюдения на трансграничном участке реки, имеющей питание преимущественно за счет выпадающих осадков, число проб в году должно быть не менее 12: 2 - 3 - в зимний период (в том числе в начале и особенно в конце ледостава), 2 - 3 - на подъеме половодья, 1 - на пике половодья (крайне желательно), 2 - на спаде половодья, 2 - в летний период, 2 - в осенний период. Для реки с преимущественно ледниковым питанием: 3 - в зимний период, 6 - 7 - в весенне-летний период, 2 - 3 - в осенний период.

При проведении гидрохимических съемок отбор проб воды должен выполняться систематически по всем намеченным точкам наблюдения в сечении реки. Полученные при указанном количестве наблюдений данные позволяют определить изменчивость содержания каждого ЗВ во времени и по сечению реки, а также фактическую для принятой схемы отбора проб воды погрешность результатов расчета выноса. По полученным результатам расчета выноса веществ решается задача об оптимальном объеме последующих систематических наблюдений. В случае наличия в сечении реки струй с существенно отличающимся содержанием загрязняющих веществ в целях повышения точности расчета выноса и уточнения погрешности результатов расчета выноса необходимо увеличение числа вертикалей наблюдения в каждой из выделенных струй (на первом этапе до числа не менее двух). В последующем должен решаться вопрос о целесообразности перехода на отбор составных (сливных) проб воды в сечении реки с известной погрешностью осредненной концентрации веществ в таких пробах. При этом, в целях контроля за наихудшим качеством воды в створе реки, должна быть оставлена вертикаль наблюдения в максимально загрязненной струе.

Для отдельных наблюдаемых ЗВ в разных створах реки требуемый минимальный объем наблюдений может быть различным. С целью получения значений выноса вещества с заданной погрешностью оптимальное распределение числа наблюдений в сечении реки и во времени определяют, используя формулы определения погрешности расчета выноса вещества, приведенные в 5.3, а также полученные данные о погрешности определения средних концентраций вещества в сечении реки (или в выделенных в сечении реки струях) и во времени, путем прогонки расчета с подбором оптимального по трудоемкости числа наблюдений в сечении реки и во времени в пределах заданного для расчета выноса периода (сезон в году, годовой период в целом). Данный расчет по выбору оптимального распределения числа наблюдений в сечении реки и во времени рекомендуется проводить, используя сервис прилагаемого программного обеспечения. Если рассчитанное число наблюдений в сечении реки слишком велико, то целесообразен переход на отбор составных (сливных) проб воды, с учетом рассчитанного числа наблюдений по ЗВ, имеющему наиболее высокую дисперсию концентраций в сечении реки (наиболее высокое требуемое число наблюдений в сечении реки). При этом за расчетный период (сезон, год) для каждого из рассматриваемых ЗВ фиксируется возможная наиболее высокая погрешность получаемой средней концентрации в сливной пробе воды.

______________________________

* Если берется створ реки с расчетными гидрологическими данными, то необходимо иметь сведения о возможной погрешности этих гидрологических данных (расхода воды, сопровождающего гидрохимические данные, а также значений водного стока за заданный расчетный период).