Justification of regional maximum permissible concentrations of metals in water bodies
Keywords:
water bodies, metals, environmental regulation, principle of sanitary maximalism, clarkesAbstract
The assessment of surface water quality based on federal Maximum Permissible Concentrations (MPCs) entirely disregards not only the uniqueness of watersheds, but also their natural diversity. A contradiction arises when the concentrations of certain chemicals, which support the stability of established biocenoses, do not correspond to fishery-specific MPCs (MPCf) that serve as regulatory standards for the quality of nearly all water bodies in Russia. The relevance of this study stems from the need to improve the MPC system for water bodies of fishery significance. Using data from hydrochemical onitoring, this paper presents — for the first time — calculated regional maximum permissible concentrations (MPCREG) for metals in the waters of rivers and lakes located in the Northwestern Federal District of Russia. The studied water bodies include the rivers Bolshaya Neva, Slavyanka, Plyussa, Vuoksa, Luga, Velikaya, and Narva, as well as lakes Ilmen, Imandra, Onega, and Pskov. Calculations were performed using three distinct methodologies: those of S. A. Patin, D. G. Zamolodchikov, and E. V. Venitsianov and colleagues. The Patin method is based on two indicators: the mean concentration of a chemical element for the study period and the standard deviation. The Zamolodchikov method utilizes the upper and lower quartiles of the distribution. The method proposed by Venitsianov and his colleagues employes sample size, the upper quartile of the distribution, and the standard deviation for a quantile of approximately 0.75. Based on the principle of sanitary maximalism, the optimal method for calculating regional MPCs for metals has been identified — the methodology developed by E. V. Venitsianov and co-authors. A high correlation has been established between the natural logarithms of the regional MPCs for metals in the water bodies and watercourses of the Northwestern Federal District of Russia and the natural logarithms of their clarkes in the Earth’s crust.
References
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Веницианов, Е. В., Мирошниченко, С. А., Лепихин, А. П., Губернаторова, Т. Н. (2015) Разработка и обоснование региональных показателей качества воды по содержанию тяжелых металлов для водных объектов бассейна Верхней Камы. Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление, № 3, с. 50–64. https://www.doi.org/10.35567/1999-4508-2015-3-4
Владимиров, А. М., Ляхин, Ю. И., Матвеев, Л. Т., Орлов, В. Г. (1991) Охрана окружающей среды. Ленинград: Гидрометеоиздат, 422 с.
Возняк, А. А., Лепихин, А. П. (2018) Разработка региональных ПДК: необходимость, методика, пример. Географический вестник, № 2 (45), с. 103–115.
Волков, И. В., Заличева, И. Н., Шустова, Н. К., Ильмаст, Т. Б. (1996) Есть ли экологический смысл у общефедеральных рыбохозяйственных ПДК? Экология, № 5, с. 350–354.
Гагарина, О. В. (2012) Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы. Ижевск: Изд-во Удмуртского университета, 199 с.
Дедю, И. И. (1989) Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Молдавская Советская Энциклопедия, 408 с.
Дмитриев, В. В. (1994) Экологическое нормирование состояния и антропогенных воздействий на природные экосистемы. Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. Геология. География, № 2, с. 60–70.
Дрейпер, Н., Смит, Г. (1986) Прикладной регрессионный анализ. М.: Финансы и статистика, 366 с.
Замолодчиков, Д. Г. (1993) Оценки экологически допустимых уровней антропогенного воздействия на пресноводные экосистемы. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем, т. 15. с. 214–233.
Левич, А. П., Терехин, А. Т. (1997) Метод расчета экологически допустимых уровней воздействия на пресноводные экосистемы. Водные ресурсы, т. 24, № 3, с. 328–335.
Лозовик, П. А. (1998) Критерии оценки антропогенного влияния на водные экосистемы. В кн.: Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия. Тезисы докладов Всероссийского совещания и выездной научной сессии. Апатиты: Кольский научный центр РАН, с. 36–37.
Овчинников, Л. Н. (1990) Прикладная геохимия. М.: Недра, 248 с.
Патин, С. А. (1979) Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность Мирового океана. М.: Пищевая промышленность, 304 с.
Рисник, Д. В., Беляев, С. Д., Булгаков, Н. Г. и др. (2013) Подходы к нормированию качества окружающей среды. Методы, альтернативные существующей системе нормирования в Российской Федерации. Успехи современной биологии, т. 133, с. 3–18.
Строков, А. А. (2014) Особенности нормирования качества воды при разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты. Вестник РУДН. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности, № 3, с. 105–109.
Фрумин, Г. Т. (1998) Оценка состояния водных объектов и экологическое нормирование. СПб.: Синтез, 96 с.
Фрумин, Г. Т. (2015) Экологически допустимые концентрации металлов в реках Санкт-Петербурга. Экологическая химия, т. 24, № 2, с. 105–110.
Шиленко, Н. А., Соколова, С. А., Анисова, С. Н. и др. (сост.). (1999) Перечень рыбохозяйственных нормативов, предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: Изд-во ВНИРО, 304 с.
Canadian Water Quality Guidelines. (2004) Ottawa. Ontario: Canadian Cousil of Ministry of Environment Publ., 76 p.
Crommentuijn, T., Sijm, D., Bruijn, J. et al. (2000) Maximum permissible and negligible concentrations for metals and metalloids in the Netherlands, taking into account background concentrations. Journal of Environmental Management, vol. 60, no. 2, pp. 121–143. https://doi.org/10.1006/jema.2000.0354
Environmental Quality Objectives for Hazardous Substances in Aquatic Environment. (2001) Berlin: Umweltbundesamt Publ., 186 p.
Gibson, G., Carlson, R., Smeltzer, E. et al. (2000) Nutrient criteria technical guidance manual lake and reservoirs. Washington: US Environmental Protection Agency Publ., 232 p. https://doi.org/doi:10.7282/t3-6mra-wv76
REFERENCES
Canadian Water Quality Guidelines. (2004) Ottawa. Ontario: Canadian Cousil of Ministry of Environment Publ., 76 p. (In English)
Crommentuijn, T., Sijm, D., Bruijn, J. et al. (2000) Maximum permissible and negligible concentrations for metals and metalloids in the Netherlands, taking into account background concentrations. Journal of Environmental Management, vol. 60, no. 2, pp. 121–143. https://doi.org/10.1006/jema.2000.0354 (In English)
Dedy, I. I. (1989) Ecological encyclopedic dictionary. Kishinev: Moldavskaya Sovetskaya Entsiklopediya Publ., 408 p. (In Russian)
Dmitriev, V. V. (1994) Ecological regulation of the state and anthropogenic impacts on natural ecosystems. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Seriya 7. Geologiya. Geografiya, no. 2, pp. 60–70. (In Russian)
Drejper, N., Smit, G. (1986) Applied Regression Analysis. Moscow: Finansy i statistika Publ., 366 p. (In Russian)
Environmental Quality Objectives for Hazardous Substances in Aquatic Environment. (2001) Berlin: Umweltbundesamt Publ., 186 p. (In English)
Frumin, G. T. (2015) Ecologically permissible concentrations of metals in the rivers of Saint Petersburg. Environmental Chemistry, vol. 24, no 2, pp. 105–110. (In Russian)
Frumin, G. T. (1998) Assessment of the state of water bodies and environmental regulation. Saint Petersburg: Sintez Publ., 96 p. (In Russian)
Gagarina, O. V. (2012) Assessment and regulation of natural water quality: Criteria, methods, and existing problems. Izhevsk: “Udmurt University” Publ., 199 p. (In Russian)
Gibson, G., Carlson, R., Smeltzer, E. et al. (2000) Nutrient criteria technical guidance manual lake and reservoirs. Washington: US Environmental Protection Agency, 232 p. https://doi.org/doi:10.7282/t3-6mra-wv76 (In English)
Levich, A. P., Terekhin, A. T. (1997) Method for calculating ecologically permissible levels of impact on freshwater ecosystems. Water Resources, vol. 24, no. 3, pp. 328–335. (In Russian)
Lozovik, P. A. (1998) Criteria for assessing anthropogenic impact on aquatic ecosystems. In: Anthropogenic impact on the nature of the North and its environmental consequences. Abstracts of the All-Russian Conference and the field scientific session. Apatity: Kola Science Center of the Russian Academy of SciencesPubl., pp. 36–37. (In Russian)
Ovchinnikov, L. N. (1990) Applied Geochemistry. Moscow: Nedra Publ., 246 p. (In Russian)
Patin, S. A. (1979) The influence of pollution on biological resources and productivity of the World Ocean. Moscow: Food industry Publ., 304 p. (In Russian)
Risnik, D. V., Belyaev, S. D., Bulgakov, N. G. et al. (2013) Approaches to standardization of environmental quality. Alternative methods to the current standardization system in the Russian Federation. Advances in Current Biology, vol. 133, pp. 3–18. (In Russian)
Shilenko, N. A., Sokolova, S. A., Anisova, S. N. et al. (comp.). (1999) List of fishery standards, maximum permissible concentrations (MPC) and estimated safe impact levels (ESIL) of harmful substances for water bodies of fishery importance. Moscow: VNIRO Publ., 304 p. (In Russian)
Strokov, A. A. (2014) Water quality standardization for total maximum load in water bodies calculation. Bulletin of RUDN. Series Ecology and life safety, no. 3, pp. 105–109. (In Russian)
Venitsianov, E. V., Miroshnichenko, S. A., Lepikhin, A. P., Gubernatorova, T. N. (2015) Development and Substantiation of Regional Water Quality Standards in Respect of Heavy Metals Content for the Upper Kama Basin Water Bodies. Water sector of Russia: Problems, technologies, management, no. 3, pp. 50–64. https://www.doi.org/10.35567/1999-4508-2015-3-4 (In Russian)
Vladimirov, A. M., Lyakhin, Yu. I., Matveev, L. T., Orlov, V. G. (1991) Environmental protection. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 422 p. (In Russian)
Volkov, I. V., Zalicheva, I. N., Shustova, N. K., Il’mast, T. B. (1996) Do federal fishery MPCs make ecological sense? Ecology, no. 5, pp. 350–354. (In Russian)
Voznyak, A. A., Lepikhin, A. P. (2018) Development of regional MPCs: Necessity, methodology, example. Geographical Bulletin, no. 2 (45), pp. 103–114. (In Russian)
Zamolodchikov, D. G. (1993) The estimation of ecological permissible levels of anthropogenic pressure. Problems of ecological monitoring and ecosystem modelling, vol. 15, pp. 214–233. (In Russian)
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Grigorij T. Frumin, Evgeniya S. Negodina
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы предоставляют материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате в любых целях, делать ремиксы, видоизменять, и создавать новое, опираясь на этот материал в любых целях, включая коммерческие.
Данная лицензия сохраняет за автором права на статью, но разрешает другим свободно распространять, использовать и адаптировать работу при обязательном условии указания авторства. Пользователи должны предоставить корректную ссылку на оригинальную публикацию в нашем журнале, указать имена авторов и отметить факт внесения изменений (если таковые были).
Авторские права сохраняются за авторами. Лицензия CC BY 4.0 не передает права третьим лицам, а лишь предоставляет пользователям заранее данное разрешение на использование при соблюдении условия атрибуции. Любое использование будет происходить на условиях этой лицензии. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
