1.8. Воздействие транспортных сооружений на водные объекты

Воздействие транспортных сооружений на водные объекты приводит к изменению гидрохимического, термического, ледового, уровневого и водного режимов; мутности речных вод; гигиенических и рыбохозяйственных условий участков рек, пересекаемых дорогой; гидравлических и морфологических характеристик русла и поймы рек, ручьев.

При отсутствии водоохранных мероприятий на гидрохимический режим и режим мутности речных вод ощутимо влияет сброс ливневых сточных вод. На поверхности автомобильных дорог и мостов оседают пыль, продукты изнашивания дорожных покрытий, тормозных колодок, выбросы автомобильных двигателей, противогололедные реагенты и материалы и т.д., что приводит при смыве дождевыми и талыми водами к насыщению вод поверхностного стока загрязняющими веществами.

К загрязняющим веществам, попадающим в водные объекты, относятся взвешенные вещества, нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, масла), соли, химические вещества и т.п. Загрязнение водотоков и водоемов поверхностными сточными водами с дороги или моста оценивают по результатам измерений или зависимостям, полученным в результате математической обработки статистических данных.

1.8.1. Оценка загрязненности и предельно-допустимого сброса загрязнений.

Оценка загрязненности поверхностного стока.

Оценку загрязненности сточных вод с поверхности транспортных сооружений проводят по следующим ингредиентам загрязнения: взвешенным веществам, нефтепродуктам, биохимическому потреблению кислорода в течение 5 дней (БПК₅), хлоридам. Перечень загрязняющих веществ можно дополнять для каждого объекта на основании проведения анализов поверхностного стока специализированными лабораториями или по характеристикам поверхностного стока для объектов-аналогов. Концентрация ингредиентов загрязнения в уличном поверхностном стоке зависит от интенсивности выпадения осадков, продолжительности периода сухой погоды и предшествующего дождя, частоты уборки улиц, интенсивности движения, степени благоустройства территории и других факторов (табл. 6.1).

Таблица 6.1. - Концентрация ингредиентов загрязнения, мг/л, в дождевом и талом стоках (по М. В. Немчинову)

Место определения	Дождевой сток		Талый сток
	Взвешенные вещества	Нефте-продукты	Взвешенные вещества	Нефте-продукты
Центр города со сложившейся застройкой, высокой степенью благоустройства, умеренной интенсивностью движения	400... 600	7... 12	1 300... 1 600	10... 12
Новый благоустроенный район жилой застройки со средней интенсивностью движения	700... 1 000	10... 15	1 500... 1 700	12... 15
Преобладание промышленных, складских территорий с интенсивным движением транспорта	800... 1 200	12...20	2 000... 2 500	12...20
Современные автомагистрали	800... 1 000	15...20	2 500... 3 000	20...30

Химический анализ снежной массы, взятой с обочин дорог (по данным МАДИ (ГТУ) и МГУ), выявил, что концентрации ингредиентов загрязнения значительно превышают санитарно-гигиенические нормы для нефтепродуктов в 486 - 1 125 раз, железа - 88, меди - 260 - 290, цинка - 180 - 265, кадмия – 6 - 10, никеля и свинца - 2 - 5 раз.

Концентрация ингредиентов загрязнения меньше изменяется во времени в талом стоке, чем в дождевом, и ее можно с некоторым приближением принимать постоянной в течение периода снеготаяния.

Концентрация ингредиентов загрязнения в дождевом стоке зависит от интенсивности и продолжительности выпадения дождя. Дожди интенсивностью 7... 12 л/с на 1 га в течение 20 мин практически полностью смывают все загрязняющие вещества с поверхности водосбора. В начале дождя по мере увеличения объема поверхностного стока концентрация взвешенных веществ, фосфора, азота и др., повышается, достигая максимума перед пиком дождя, затем снижается. Через 30... 60 мин после начала дождя концентрация загрязняющих веществ стабилизируется и остается постоянной до его окончания. Интенсивность осадков меняется в процессе выпадения и может достигать своих максимальных значений в начале, середине или в конце дождя, в ряде случаев отмечается наличие двух разновременных максимумов. Кривая выноса загрязняющих веществ схожа с гидрографом стока, особенно для небольших водосборов.

В дождевом и талом стоках присутствуют биогенные элементы - соединения азота (5...6 мг/л) и фосфора (1 мг/л) - и бактериальные загрязнения. Концентрация органических веществ, выраженных БПК₂₀, в дождевом стоке составляет 40...90 мг/л, а в талом - 70... 150 мг/л. Максимальные значения БПК наблюдаются летом, осенью они обычно снижаются почти в 2 раза. Дождевой сток содержит минеральные растворенные компоненты - до 20...900 мг/л. Из катионов в поверхностном стоке присутствуют кальций, магний, кремний, натрий и калий, из анионов - сульфаты и хлориды; щелочность воды составляет 2...9 мг-экв./л, общая жесткость 2,5... 13,0 мг-экв./л (по данным МАДИ (ГТУ)). Талый сток обычно содержит в 1,5-2 раза больше взвешенных веществ, чем дождевой. Взвешенные вещества представлены мелкодисперсными частицами нерастворимых примесей, в основном частицами пыли. Массовая доля взвешенных веществ с размером частиц не более 0,05 мм составляет 80 %, из них около 15 % - частицы размером до 0,005 мм, 20...30% - частицы органического происхождения. В течение года наибольшее содержание взвешенных веществ от­мечается в осенний период, наименьшее - в летние месяцы. Влияние различных источников на уровень загрязнения поверхностного стока взвешенными веществами приведено в табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Источники образования и концентрация взвешенных веществ в поверхностном стоке

Источник образования взвешенных веществ	Концентрация взвешенных веществ, мг/л
Атмосферные осадки	10...20
Изнашивание и разрушение асфальтовых покрытий	15...30
Смывы с крыш домов в виде аэрозолей	140... 150
Эрозия с открытых грунтовых поверхностей, газонов, строительных площадок	4 000... 6 000

Среднее содержание нефтепродуктов в поверхностном стоке зависит от интенсивности движения и особенностей использования территории. Величину загрязнения, т/(кмгод), стоков с проезжей части нефтепродуктами (в их состав входит до 0,5 % ароматических углеводородов) (по Н.П.Орнатскому) определяют по формуле

(6.1)

где N – среднегодовая интенсивность движения, приведенных авт./сут; k₀ – коэффициент, зависящий от условия движения, при свободном движении k₀ = 1, при уклоне более 40 % k₀ = 2, при числе пересечений дорог более одного на 1 км k₀= 1,5; Р - число полос движения (больше двух); р - удельное количество загрязнений, при интенсивности движения 10 000 авт./сут р = 0,25 т/км.

Для приближенных расчетов для дорог с высокой интенсивностью движения состав загрязнений рекомендуется принимать по табл. 6.3.

Таблица 6.3 - Концентрация ингредиентов загрязнения в поверхностном стоке с дорог, мг/л

Ингредиент загрязнения	Дождевой сток	Талый сток
Взвешенные вещества	1300	2 700
Нефтепродукты	24	26
Свинец	0,28	0,30

Для вновь строящихся объектов загрязненность поверхностного стока оценивают по объектам-аналогам или группам объектов, сходных по интенсивности и составу движения, климатическим условиям, внедорожным факторам загрязнения (близость расположения и характер выбросов промышленных предприятий, применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве и т.п.).

Для реконструируемых объектов загрязненность поверхностного стока оценивают по результатам регулярных отборов проб стока с различных поверхностей (покрытия проезжей части, обочин, тротуаров, откосов насыпи, прилегающей к дороге территории), входящих в общую площадь водосбора, и различных по происхождению стоков: талому, дождевому, поливомоечному. Для оценки загрязненности талого стока допускается учитывать результаты анализов проб снега, взятых в конце зимы по всей толщине снежного покрова

В качестве расчетных принимают средние по результатам регулярных анализов значения концентраций загрязняющих веществ по каждому i - му ингредиенту загрязнения в дождевых, талых и поливомоечных стоках для каждого характерного участка водосбора (соответственно С р.д i, С р.т i, С р.п i). Если нет возможности отобрать пробы воды поверхностного стока с различных поверхностей, входящих в общую площадь водосбора, то допустимо отбирать пробы только с покрытия проезжей части дороги или моста. В этом случае для различного рода поверхностей (покрытия проезжей части, обочин, тротуаров, откосов насыпи, прилегающей к дороге территории), входящих в общую площадь водосбора, расчетные значения концентраций загрязняющих веществ по каждому i - му ингредиенту загрязнения могут быть назначены в зависимости от расстояния различных участков водосбора от дороги.

Расчетные значения концентраций, мг/л, загрязняющих веществ по i - му ингредиенту загрязнения определяют по формуле

(6.2)

где С_повi - концентрация загрязняющего вещества по i - му ингредиенту загрязнения в дождевых, талых, поливомоечных стоках для каждого характерного участка водосбора, мг/л; К_отнi - коэффициент относительной загрязненности дождевых, талых и поливомоечных стоков i - м ингредиентом загрязнения для каждого характерного участка водосбора.

Если загрязненность поверхностного стока оценивается по объектам-аналогам, имеющим организованную систему водоотвода и очистки поверхностных стоков, то по результатам обследования работы очистных сооружений можно определить расчетную концентрацию Ср, мг/л, загрязняющего вещества (взвешенных веществ или нефтепродуктов) в сточных водах по всему объему поверхностного стока и по всей площади водосбора:

(6.3)

где С_вых - концентрация взвешенных веществ (нефтепродуктов) на выходе из очистного сооружения, мг/л; Vос(нп) - объем осадка (нефтепродуктов), извлеченного из очистного сооружения за рассматриваемый период времени, м₃; р - плотность осадка (нефтепродуктов), кг/м³; V - годовой объем поверхностного стока с площади водосбора, поступающего в очистное сооружение, м³/год; n - период времени между чистками очистного сооружения, годы.

Оценка загрязненности донных отложений.

Если дорога пересекает многочисленные водотоки, то качество вод и загрязненность донных отложений в руслах определяются воздействием транспортных источников. Для разработки природоохранных мероприятий и проектных решений, в том числе с целью отведения и очистки дождевого и талого поверхностных стоков, необходимы данные по загрязнению этих сред. Обычно степень загрязнения донных отложений оценивают по концентрации в них свинца, меди, цинка и нефтепродуктов. Опробование грунтов выполняют в трех точках: вблизи уреза воды у обоих берегов и по центру реки до глубины воды 1 м.

Измеренные значения концентрации загрязняющих веществ, например тяжелых металлов, должны быть пересчитаны на уровень стандартных (типичных, естественных) концентраций, мг/л, донных отложений по формуле

(6.4)

где С_т.м.и - измеренная концентрация тяжелого металла, мг/л; а, b и с - константы, зависящие от определяемых загрязняющих веществ; w_г.ч. - массовая доля глиняных частиц, %; w₀ - массовая доля органических соединений, %.

Пересчет измеренной концентрации углеводородов, мг/кг, производят по формуле

(6.5)

Установлены четыре класса загрязнения донных отложений с соответствующими уровнями концентрации загрязняющих веществ (табл. 6.4).

Таблица 6.4 - Классы загрязнения и значения концентраций ингредиентов загрязнения в донных отложениях, мг/кг сухого вещества

Ингредиент загрязнения	Класс загрязнения
	I (слабая загрязнен-ность)	II (умеренная загрязнен-ность)	III (сильная загрязнен-ность)	IV (опасная загрязнен-ность)
Свинец	85	530	530	530
Медь	35	35	90	190
Цинк	140	480	720	720
Нефтепродукты	180	1000	3 000	5 000

В соответствии с нормативными требованиями класс загрязнения донных отложений определяют по ингредиенту загрязнения, концентрация которого соответствует самому высокому классу загрязнения.

Необходимость очистки сточных вод с поверхности дорог и мостов (и с подходов к ним) определяют на основании расчетов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты (водотоки или водоемы) со сточными водами.

Оценка предельно допустимого сброса загрязнений в водный объект (по методу РосдорНИИ).

За предельно допустимый сброс (ПДС) загрязнений в водный объект принимают массу загрязняющего вещества в сточных водах, максимально допустимую к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения требуемого качества воды в контрольном створе. Для проверки качества воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения контрольный створ определяют на расстоянии не менее 1 000 м от ближайшего ниже по течению пункта водопользования, рыбохозяйственного назначения - устанавливают не более 500 м ниже по течению от места сброса сточных вод. Для населенных пунктов и загородных территорий ПДС рассчитывают с учетом следующего:

• при сбросе сточных вод в черте населенного пункта требования к составу и свойствам воды водного объекта коммунально-бытового водопользования должны относиться к самим сбрасываемым сточным водам;

• сбросе сточных вод вне черты населенного пункта расчет производят с учетом степени смешения сточных вод с водой водного объекта на расстоянии от места сброса сточных вод до ближайшего контрольного створа водопользования и с водой фонового состава водного объекта в местах сброса сточных вод.

Исходные данные. При расчете ПДС с учетом разбавления сточных вод с поверхности транспортного сооружения водой водного объекта используют следующие гидрологические характеристики:

• для зарегулированных (с помощью плотин, шлюзов и т.п.) водотоков - установленный, гарантированный расход воды ниже плотины при обязательном исключении возможности обратных течений в нижнем бьефе;

• незарегулированных водотоков - наименьший (минимальный) среднемесячных расход воды 95%-й обеспеченности;

• водоемов (водохранилищ и озер) - кратчайшее расстояние и минимальная скорость течения от места сброса до контрольного створа, наименее благоприятный режим, определяемый сопоставлением расчетов ветрового воздействия, условий заполнения водохранилищ при открытом и подледном режимах, среднемесячный уровень воды 95%-й обеспеченности.

Для характеристики сточных вод исходными данными являются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ для определенной категории водопользования водоема по каждому ингредиенту загрязнения С_ПДК, мг/л, определяемые в соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов рыбо-хозяйственного назначения (табл. 6.5); С_ф - фоновая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема по каждому ингредиенту загрязнения, мг/л (принимается по данным органов Росгидромета, Росздравнадзора – Роспотребнадзора??); q_час — среднечасовой за фактический период сброса расход сточных вод, м³/с, определяемый по формуле

(6.6)

где q_сут - суточный расход сточных вод, м³/сут, определяемый по формуле

(6.7)

где W_Д- годовое количество дождевых сточных вод, м³/год; t_Д1 - среднегодовое число дождливых дней [17]; t_Д2 - среднесуточная продолжительность дождя, ч (данные регионального центра Росгидромета).

Таблица 6.5 - Требования к составу и свойствам воды водных объектов рыбо-хозяйственного назначения

Показатели и свойства воды водных объектов	Требования
Наличие взвешенных веществ	При сбросе сточных вод конкретным водопользователем, производстве работ на водном объекте и в прибрежной зоне концентрация взвешенных веществ в контрольном створе не должна увеличиваться по сравнению с естественными условиями более чем на 0,25 мг/л для водных объектов высшей и первой категорий водопользования и на 0,75 мг/л для водных объектов второй категории водопользования. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/л природных взвешенных веществ, допускается увеличение их концентрации в воде в пределах 5 %. Сточные воды, содержащие взвешенные вещества, имеющие скорость осаждения более 0,4 мм/с, запрещается сбрасывать в водотоки, а имеющие скорость осаждения более 0,2 мм/с - в водоемы
Наличие плавающих примесей (веществ)	На поверхности воды не должны обнаруживаться пленки нефтепродуктов, масел, жиров и скопления других примесей
Окраска, запахи и привкусы	При сбросе сточных вод вода не должна приобретать посторонних запахов, привкусов и окраски и сообщать их мясу рыб
Температура	Температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водного объекта более чем на 5 °С, с учетом ограничений, налагаемых в каждом конкретном случае органами рыбного и экологического надзора
Водородный показатель рН	Не должен выходить за пределы 6,5... 8,5
Минерализация воды	Нормируется согласно таксации (качественной оценке) рыбо-хозяйственных водных объектов
Наличие растворенного кислорода	В зимний (подледный) период концентрация растворенного кислорода должна быть не менее 6 мг/л для водных объектов высшей и первой категорий и не менее 4 мг/л для водных объектов второй категории. В летний (открытый) период во всех водных объектах концентрация растворенного кислорода должна быть не менее 6 мг/л
Биохимическое потребление кислорода БПКполн	При температуре 20 °С значение БПКполн не должно превышать 3 мг/л для водных объектов высшей и первой категорий и 3 мг/л для водных объектов второй категории. Если в зимний период содержание растворенного кислорода в водных объектах высшей и первой категорий снижается до 6 мг/л, а в водных объектах второй категории - до 4 мг/л, то можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют БПК воды
Химические вещества	Не должны содержаться в воде водотоков и водоемов в концентрациях, превышающих нормы
Токсичность	Сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического воздействия на тест - объекты. Вода водного объекта в контрольном створе не должна оказывать хронического токсического воздействия на тест - объекты

Для характеристики водотока исходными данными являются Q_р - расчетный расход водотока, м³/с; Н_ср - средняя глубина водотока в месте сброса сточных вод, м; v_ср - средняя скорость течения водотока на участке смешения, м/с; N_ш - коэффициент шероховатости русла водотока (по М. Ф. Срибному); L - расстояние до расчетного створа по течению водотока, м; f - коэффициент извилистости водотока, являющийся отношением полной длины фарватера, измеренной от места сброса сточных вод до расчетного (контрольного) створа, к расстоянию между этими пунктами по прямой.

Для характеристики водоема исходными данными являются v_в - скорость ветра над водой в месте сброса, м/с; Н_ср - средняя глубина водоема в месте сброса, м:

Протяженность участка между точками сброса и замера, м……………………………	100	150	200	250
Глубина водоема в месте выпуска, м………	3...4	5...6	7...8	9...10

Алгоритм оценки предельно допустимого сброса сточных вод.

Этап 1. При сбросе сточных вод, содержащих несколько ингредиентов загрязнения, последние подразделяют на группы по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ) и классам опасности (табл. 6.6).

Лимитирующий показатель вредности загрязняющего вещества устанавливают одновременно с ПДК по наиболее чувствительному звену биоты.

Выделяют пять классов опасности вещества в зависимости от его токсичности, материальной кумуляции, стабильности в водной среде: 1 класс - чрезвычайно опасные; 2 класс - высокоопасные; 3 класс - опасные; 4 класс - умеренно опасные; 4-э класс - экологический (вещества, действие которых проявляется в изменении экологических условий в водоеме (эвтрофикация, минерализация и др.)).

Таблица 6.6 Загрязнение воды водоемов рыбо-хозяйственного назначения

Ингредиент загрязнения	ПДК, мг/л	ЛПВ	Класс опасности
Аммоний-ион NН4+	0,5(2,91)	Токc.	4
Медь	0,001 (0,0051)	Токc.	3
Нефтепродукты	0,051	Токc.	3
Нефтепродукты в растворенном и эмульгированном состоянии	0,05	Рыб.-хоз.	3
Нитрат-анион N03-	40	Сан.-токc.	-
Сульфат-анион S042-	100	Сан.-токc.	-
	3 5001	Токc.	-
Сульфит-анион S032-	1,9	Токc.	4
Хлорид-анион Сl-	300	Сан.-токc.	4-э
	11 9001	Токc.	4-э

Примечание. Рыб.-хоз. – рыбо-хозяйственный (изменение товарных качеств промысловых водных организмов: появление неприятных и посторонних привкусов и запахов); Сан. - санитарный (нарушение экологических условий: изменение гидрохимических показателей водоемов; нарушение самоочищения воды; изменение БПК₅; изменение численности сапрофитной микрофлоры); Сан.-токс. - санитарно-токсикологический (действие вещества на водные организмы и санитарные показатели водоема); Токс. - токсикологический (прямое токсическое воздействие веществ на водные организмы).

¹ПДК для морских водоемов.

Для всех нормированных веществ при рыбо-хозяйственном водопользовании и для веществ, относящихся к 1-му и 2-му классам опасности, при хозяйственно-питьевом, культурно-бытовом водопользовании и поступлении в водный объект нескольких веществ с одинаковыми ЛПВ в контрольном створе должно выдерживаться отношение

(6.8)

где С_фi, С_ПДКi – фоновая и предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в водоеме.

Если неравенство (6.8) выполняется, то предельно допустимую концентрацию загрязняющего вещества в сточных водах С_пр.доп, мг/л, с учетом разбавления рассчитывают по формуле

(6.9)

Неравенство (6.8) свидетельствует о фоновом загрязнении воды водоема. В этом случае справедливо неравенство

(6.10)

Окончательные значения С_пр.доп назначают после проверки соотношения (6.8) с использованием новых значений концентраций вредных веществ одной группы по ЛПВ после сброса ливневых сточных вод. Новые значения концентраций загрязнений в воде, мг/л, определяют по формуле

(6.11)

где r_см – коэффициент смешения.

Этап 2. кратность общего разбавления N_о.р. после сброса сточных вод с поверхности дороги или моста в водоток определяют по формуле

(6.12)

где коэффициент смешения

(6.13)

(6.14)

где

(6.15)