Концепция ассимиляционной емкости Ю.Л. Израэля и A.B. Цыбань

По определению Ю.А. Израэля и А.В. Цыбань (1983, 1985), ассимиляционная емкость водной экосистемы Аi по данному загрязняющему веществу i (или суммы загрязняющих веществ) и для m-й экосистемы — это максимальная динамическая вместимость такого количества загрязняющих веществ (в пересчете на всю зону или единицу объема водной экосистемы), которое может быть за единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано (биологическими или химическими превращениями) и выведено за счет процессов седиментации, диффузии или любого другого переноса за пределы объема экосистемы без нарушения ее нормального функционирования.

Уравнение динамики загрязняющего вещества в водной среде с учетом пространственной неоднородности процессов его удаления из экосистемы может быть записано в следующем виде (Владимиров и соавт., 1991):

, (2)

где V — объем рассматриваемой водной экосистемы, Сi — среднее значение концентрации загрязняющего вещества, Sa — площадь свободной поверхности водного объекта, Sb — площадь дна, L — длина береговой линии, Zi — глубина,

Pi — величина, характеризующая процессы обмена i-го загрязняющего вещества через границу (например, атмосферное осаждение, биоседиментационный вынос и

т. п.), Bchi — скорость микробиологического и химического разрушения i-го загрязняющего вещества, коэффициент k(z) учитывает зависимость Bchi от освещенности и температурных условий. Штрихами обозначены источники, описывающие химическую и биологическую трансформацию Сi в рассматриваемой пограничной области.

Из уравнения (2) методом теории размерностей суммарное удаление Аi загрязняющего вещества из водной экосистемы можно записать в виде

, (3)

где Кi — коэффициент запаса, отражающий экологические условия протекания процесса загрязнения в различных зонах водной экосистемы; τi — время пребывания загрязняющего вещества в экосистеме.

В соответствии с определением ассимиляционной емкости, она равна максимальному значению левой части уравнения (2) при сохранении экологического благополучия в экосистеме. Это условие соблюдается при Сi ≤ Сoi, где Соi — критическая концентрация загрязняющего вещества в воде. Исходя из этого, ассимиляционная емкость может быть оценена по формуле (3) при Сi= Coi.

Все величины, входящие в правую часть уравнения (3) можно оценить по данным, полученным в процессе долгопериодных комплексных исследований состояния водной экосистемы. При этом рекомендуется следующая последовательность определения ассимиляционной емкости к конкретным загрязняющим веществам:

- расчет балансов массы и времени жизни загрязняющего вещества в экосистеме;

- анализ биотического баланса в экосистеме;

- оценка критических концентраций воздействия загрязняющего вещества (или экологических ПДК) на функционирование биоты.

При экологическом нормировании антропогенных воздействий на водные экосистемы расчет ассимиляционной емкости наиболее репрезентативен, так как он учитывает критические концентрации воздействия загрязняющих веществ, имеющие более высокое экологическое обоснование по сравнению с санитарно-гигиеническими или рыбохо–зяйственными ПДК. При известной ассимиляционной емкости предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) водного объекта загрязняющим веществом рассчитывается достаточно просто. Так, при стационарном режиме загрязнения водного объекта ПДЭН будет равна ассимиляционной емкости (табл. 48).

Таблица 48

Приведенные в табл. 48 оценки ассимиляционной емкости зон от­крытой части Балтийского моря показывают, что существующий сток цинка, кадмия и ртути соответственно в 2, 20 и 15 раз меньше мини­мальных значений ассимиляционной емкости экосистемы к этим метал­лам и не представляет прямой опасности первичному продуцированию. Вместе с тем, поступление меди и свинца превышает их ассимиляцион­ную емкость, что требует специальных мер по ограничению их поступ­ления. Поступление бенз(а)пирена пока не достигло минимального зна­чения ассимиляционной емкости, а ПХБ (полихлорированные бифенилы) превышает ее.