Геоэкологический мониторинг уникальной геосистемы озера Байкал является обязательной процедурой государственного уровня. С момента своего появления, система наблюдений за состоянием вод озера была в значительной степени основана на исследованиях абиотических параметров среды.
В работе рассматривается часть федеральной системы гидрохимических наблюдений, выполняемая ФГБУ «Востсибрегионводхоз» и связанная с режимными измерениями и контролем качества приповерхностного слоя вод по всей акватории. В связи с большой площадью озера, мониторинг ведется с использованием судовой лаборатории, позволяющей производить инситный химический анализ воды на 13 показателей (температура, цветность, растворенный кислород, pH, Eh, NO2, NO3, NH4, Cl, SO4, PO4, Fe, удельная электропроводность), непосредственно во время экспедиции. Параллельно, в узлах сети фиксированных наблюдений, производится отбор проб для доставки в стационарную лабораторию, где производится их анализ более чем на 40 показателей по современным высокоточным методикам [1].
Специалистами был выявлен ряд проблем данной системы наблюдений [2], требующих скорейшего решения. Во-первых, отмечался недостаточно полный набор показателей получаемых, не включающий ряд веществ - информативных индикаторов антропогенных воздействий (например, нефтепродуктов). Во-вторых, сложные природные условия, в которых проходят экспедиции, диктуют необходимость постоянной верификации корректности работы измерительного оборудования. Проверка качества «инситных» данных путем сравнения их с результатами, полученными в стационарной лаборатории, позволяет лишь констатировать произошедший сбой в работе судового аналитического оборудования, но не дает возможности своевременно откорректировать его работу.
Целью исследования является разработка методов и средств решения обозначенных выше проблем. Актуальность ее, обусловлена тем, что аналогичные наборы показателей и системы гидрохимического мониторинга используются не только на озере Байкал, различными ведомствами ведется гидрохимический мониторинг и других водоёмов России.
Эффективным средством достижения цели представляется использование методов термодинамического моделирования, позволяющих реконструировать состав природных вод на основании ограниченного набора аналитических данных. Существуют примеры работ [3 4], в которых убедительно показана возможность такой реконструкции. Особый интерес представляет потенциальная возможность выявления в природной воде веществ, не входящих в перечень непосредственно определяемых, в том числе, чужеродных веществ высоких категорий опасности.
Первым шагом к созданию необходимого обеспечения является создание модели чистой природной воды на основе данных реальных наблюдений. Такая модель является эталоном для обнаружения аномалий водной среды. В качестве источника данных использовалась БД «Байкал-Аквамониторинг» [5], а также научные публикации [4,5]. Для моделирования применялся программный комплекс «Селектор» [3].
Установлено, что получаемый в рамках программы мониторинга Росводресурсов набор гидрофизикохимических параметров является достаточным для моделирования природной воды озера Байкал. Создана первая версия физико-химической модели, отвечающей неизмененному (условно природному) состоянию водной среды. Согласованность модели проверена сопоставлением расчетных значений pH и Eh с данными судового комплекса и аналитической лаборатории.
Рисунок 1Концентрации и ПДК некоторых веществ.
Полученная модель позволяет не только верифицировать корректность работы аналитического оборудования, но и обеспечивает возможность проверки согласованности реальных (в том числе литературных) данных: сравнение результатов измерений с установившимся равновесным состоянием подтверждает их правильность либо указывает на ошибку. На (рис. 1) можно увидеть, что данные полученные в результате моделирования достаточно хорошо сходятся с литературными данными (в данном случае с [5]).
В настоящее время веется работа над реализацией автоматизированного взаимодействия аппарата физико-химического моделирования и базы данных наблюдений. Полученные конечные формы веществ и их найденные концентрации могут быть использованы как самостоятельные показатели при оценке качества водных сред (для этого необходимо статистически достоверно оценить их природные и «нарушенные» концентрации), а также войти в систему комплексных показателей, в том числе, совместно с дискретными веществами. Для этого необходимо более тщательно изучить их поведение.