1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением науки "Институт водных проблем Российской академии наук" (ФГБУН "ИВП РАН")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации 409 "Охрана окружающей природной среды"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 октября 2022 г. N 1173-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт устанавливает метод оценки уровня соответствия состава и свойств поверхностных вод заданному классу качества.

Настоящий стандарт распространяется на поверхностные воды (моря или их отдельные части, водоемы, болота, природные выходы подземных вод, ледники, снежники).

Стандарт не распространяется на аварийные случаи.

Настоящий стандарт предназначен для применения при выборе источников питьевого и технического водоснабжения, оборудования для водоочистки, и в других случаях, требующих строгой классификации контролируемых показателей качества воды.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 17.1.3.07 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков

ГОСТ 17.1.3.08 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества морских вод

ГОСТ 19179 Гидрология суши. Термины и определения

ГОСТ 27384 Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств

ГОСТ Р 59053 Охрана окружающей среды. Охрана и рациональное использование вод. Термины и определения

ГОСТ Р 70279 Охрана окружающей среды. Качество поверхностных и подземных вод. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте использованы термины по ГОСТ 17.1.3.07, ГОСТ 17.1.3.08, ГОСТ 19179, ГОСТ 27384, ГОСТ Р 59053, ГОСТ Р 70279, [1], [2], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

4.1 Критерии качества поверхностных вод, включая их состав и свойства, классифицируют в номинальных классах [4]. При этом принимается, что в пределах заданного класса качества воды учитываемые характеристики сохраняются неизменным, а на границах допусков скачкообразно меняются.

4.2 Фактически в пределах заданного класса качества воды учитываемые характеристики не сохраняются неизменными, а на границах допусков скачкообразно не меняются. Эти характеристики изменяются постепенно по мере отклонения контролируемого показателя от номинального значения любого выбранного класса качества воды. Поэтому общепринятая классификация по [4], [5] не позволяет детально охарактеризовать водные ресурсы, что понижает точность водохозяйственных решений.

4.3 Состав и/или свойства воды, характеризующие определенный класс качества, полностью соответствуют установленным показателям в области номинальных значений (в центральной части допустимого интервала), и постепенно изменяются по мере приближения контролируемых показателей к установленным границам класса качества воды.

Для оценки меняющегося уровня соответствия фактического состава и свойств воды заданному классу качества предложена замена используемой номинальной шкалы такой оценки относительной шкалой, классифицирующей объекты пропорционально степени выраженности контролируемого показателя.

4.4 В тех случаях, когда контролируемый показатель, например концентрация загрязняющего воду вещества, изменяется от своего номинального значения C₀ до максимального или минимального допустимого (т.е. C_max и C_min), соответствие воды, отвечающей заданному классу качества, характеризуется функцией потерь такого соответствия F(C) - величины, которая изменяется от 0 до 1. При этом показатель качества воды изменяется от 1 до 0.

Примечание - Максимальная и минимальная граница допусков для приемлемого состава и свойств воды устанавливается для целого ряда показателей, например для оптимальной температуры воды и для водородного показателя (pH). Кроме того, устанавливается также необходимое для нормального функционирования живых организмов максимальное и минимальное содержание галогенов, щелочноземельных металлов, микроэлементов в биологически полноценной воде.

4.5 В принятой системе классификации воды (см. [4]) используется номинальная шкала оценки, которая соответствует концепции контроля качества продукции по Тейлору. В этом случае изменение класса качества воды происходит скачкообразно на границах допустимого интервала (см. рисунок 1а)).

4.6 В предлагаемой системе классификации изменение качества воды происходит в рамках модели потери качества воды, т.е. удовлетворительное качество воды теряется плавно в пределах, указанных в 4.4 (см. рисунок 1б)).

Такая функция потерь позволяет различить показатель качества воды внутри поля допуска в зависимости от его близости к номиналу (оптимальному значению).

4.7 В настоящем стандарте принят параболический закон спадания уровня соответствия показателей состава и свойств воды внутри поля допуска заданного класса качества, в соответствии с функцией потерь качества Тагути. Схема, приведенная на рисунке 1б), показывает, каким образом спадает этот уровень соответствия: его наименьшее значение, равное нулю, локализовано на вершине параболы (C_i = C₀), а наибольшее, равное единице, в точках C_i = C_min и C_i = C_max. При этом функция спадания уровня соответствия показателей состава и свойств воды описывается формулой:

где , - номинал, начало отсчета потери качества.

Вне допустимого интервала (при C >= C_max, C <= C_min) потеря соответствия полная (F = 1).

4.8 Для практических целей необходима количественная оценка соответствия воды заданному классу качества, которая описывается формулой (2):

4.9 При одностороннем ограничении, если контролируемый показатель ограничен сверху, указанная функция имеет вид, приведенный на рисунке 2, и ее рассчитывают по формуле:

где C_N - нормы качества воды, например предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего воду вещества.

Примечание - Оценка в случае ограничения величины контролируемого показателя снизу осуществляется по формуле:

Использование формул (1) и (2) позволяет водопользователям количественно оценивать уровень потери степени соответствия воды заданному классу качества в целях коррекции водохозяйственных решений. Примеры такой оценки в случае одностороннего ограничения концентрации загрязняющего воду вещества или двусторонних ограничений качества (C_max, C_min) приведены в приложении А.

А.1 Пример 1. Расфасованная вода для приготовления детского питания должна содержать фторид-ион в пределах 0,6 - 1,0 мг/дм³ [5], т.е. по Тейлору и F = 0 вне этого диапазона. Оценить качество (полноценность) воды по Тагути.

Решение: . Следовательно, .

В результате получаем данные, которые возможно оформить в виде таблицы (см. таблицу 1). Это позволяет более строго подойти к выбору приемлемого качества воды.

Примечание - Часто качество воды снижается с повышением значения контролируемого показателя. В таких случаях также целесообразен учет плавного изменения потери качества воды.

А.2 Пример 2. Классы качества воды по бихроматной окисляемости приведены в графе 3 таблицы А.2. Требуется количественно оценить качество воды по бихроматной окисляемости, принимая в качестве единой ПДК среднее значение концентрации кислорода (символ "O") для грязной воды.

В данном случае имеем односторонний допустимый интервал с нулевым нижним и верхним допустимым пределом ПДК = 10 мгO/дм³.

Приведенная величина качества воды: . Результаты, приведенные в последней графе таблицы А.2, показывают, что по мере загрязнения воды показатель падает быстрее всего при переходах между начальными классами качества, а также при переходе к последнему классу качества воды.

Здесь величина обеспечивает непрерывную оценку ХПК в отличие от существующей системы дискретизации по классам, что позволяет точнее судить о качестве воды.

Покажем теперь, что даже если концентрация загрязняющего воду вещества находится в допустимом интервале, все же оценка уровня ее качества может дать полезную информацию.

А.3 Пример 3. В таблице А.3 приведена концентрация брома C_Br ПДК = 0,5 мг/дм³, в воде с использованием методики выполнения измерений с помощью жидкостной ионной хроматографии в подземной воде из скважин для питьевого водоснабжения в окрестности г. Талица (Западное Зауралье) в 2019 - 2020 гг. По методике данного стандарта приведены также результаты расчетов функции качества . Требуется оценить качество воды по брому.

Из таблицы А.3 видно, что хотя все данные находятся в допустимом интервале, все же воды скважин N 8, 12, 15 наименее пригодны для использования, тогда как предпочтительна вода скважины N 1, 2, 6.