Рабочая программа по дисциплине Анализ и прогноз уровня загрязнения атмосферы, океана и вод суши Специальность 020804 геоэкология

Вид материала

Содержание

Методические указания по выполнению практических заданий
Очень чистая
Очень грязная

Подобный материал:

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Таблица 5 – Среднее содержание химических элементов в почве территории исследования, мг/кг

№ точки	Mn	Cr	Sr	Ni	Co	Mo	Cu	Pb	Zn	P	Sn	Ag
1	600	135	150	40	10	1,8	60	20	40	250	2	0,1
	300	20	35	15	1	0,2	15	5	11	100	0,1	0,01
2	1400	305	160	86	32	3,2	81	45	65	350	3,2	0,3
	400	15	45	12	2	0,1	10	10	12	150	0,3	0,01
3	610	130	130	25	10	1,6	52	20	35	265	1,8	0,1
	200	10	30	10	3	0,3	12	3	5	100	0,1	0,01
4	3500	600	750	350	42	4,5	680	150	306	500	8	0,3
	350	12	22	12	4	0,1	15	10	25	150	0,3	0,01
5	3100	520	630	250	35	3,6	600	100	265	500	6,5	0,2
	200	13	23	13	5	0,2	16	8	20	150	0,3	0,01
6	1300	300	150	80	25	2,2	75	40	60	250	3	0,2
	90	14	45	20	3	0,1	8	5	5	100	0,1	0,01
7	710	135	150	50	20	2,2	82	35	45	300	1,8	0,1
	160	16	30	21	1	0,1	10	5	6	120	0,1	0,01
8	700	135	150	46	14	1,6	60	20	40	250	1,8	0,1
	180	18	31	14	2	0,2	12	3	6	120	0,1	0,01

В числителе – содержание микроэлемента в горизонте А.

В знаменателе - содержание микроэлемента в горизонте В.

Задание 6. Оценка качества поверхностных вод.

По данным табл. 6 постройте кривую обеспеченности общей минерализации реки Суры в летний период. Определите 5% и 95% обеспеченность общей минерализации.

Таблица 6 – Данные многолетних наблюдений минерализации воды реки Суры (средние для летнего сезона)

Год наблюдений	1986	1987	1988	1989	1990	1991	1992	1993	1994
Минерализация, мг-экв/л	100	200	230	215	330	250	285	275	300
Год наблюдений	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003
Минерализация, мг-экв/л	260	310	290	305	280	290	285	265	270

Задание 7. Используя уравнение баланса вещества выполните оценку концентрации загрязняющего вещества (ЗВ) в реке ниже выпуска сточных вод. Известно, что расход воды в реке в месте оценки равен 7,5 м3/c; расход сточных вод равен 0,4 м3/с; концентрации загрязняющих веществ в сточных водах представлены в табл. 7.

Как изменится концентрация вещества в устье реки с учетом биохимических и физико-химических процессов, протекающие в водных объектах. Известно, что расстояние до устья от точки оценки равно 180 км, средняя скорость реки 0,3 м/с, расход реки в устье в два раза больше, чем в месте оценки. Определите показатель относительной нагрузки потока рассматриваемым веществом.

Таблица 7 – Гидрохимические данные источника сброса

Номер варианта	Наименование ЗВ	Коэффициент неконсерва- тивности	Концентрация ЗВ в сточных водах, мг/м³
1	Азот аммонийный	0,207	0,96
2	Алкилсульфанаты СПАВ	0,47	2,3
3	Азот нитратный	0,112	35,6
4	Азот нитритный	10,8	0,1
5	БПК полн.	0,23	15,5
6	Нефть и нефтепродукты	0,044	0,18

Таблица 8 – Данные гидрохимических наблюдений реки Алатырь

	ПДК, мг/дм³	Пост №1 (река Алатырь с. Гуляево)				Пост №2 (р. Алатырь п. Тургенево)
		Дата взятия пробы
		14.03.96	11.07.96	03.09.96	26.11.96	14.03.96	11.07.96	03.09.96	26.11.96
Нефтепро- дукты, мг/дм³	0.05	0.000	2.000	0.500	0.025	0.000	1.000	0.800	0.030
БПК-5, мг/дм³	2.0	2.6	2.7	2.4	3.1	2.0	2.1	2.5	0.8
Железо, общ, мг/дм³	0.3	0.017	0.370	0.230	0.300	0.090	0.080	0.210	0.300
Раствор. О2, мг/дм³	6.0	6.0	5.9	5.8	5.0	11.0	9.3	5.9	5.6
Азот аммон, мг/дм³	0.39	0.79	0.40	0.40	0.31	0.84	0.38	0.41	0.36
Сух. ост. мг/дм³	1000.0	283,0	374,0	283,0	201,6	272,0	151,0	251,0	236,0
Азот нитрат.мг/дм³	9.1	0.00	3.24	3.00	2.90	0.00	3.00	3.10	2.01
Сульфаты, мг/дм³	100	18.6	114.0	25.6	40.1	21.3	85.2	23.3	30.6
Хлориды, мг/дм³	300	23.3	27.1	27.3	60.0	25.5	20.8	26.0	39.0
Азот нитрит, мг/дм³	0.02	0.000	0.020	0.010	0.015	0.000	0.010	0.010	0.010
Цинк, мг/дм³	0.01	0.00	0.03	0.00	0.00	0.00	0.02	0.00	0.00
Медь, мг/дм³	0.001	0.000	0.001	0.000	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000

Задание 8. Сравните качество воды на двух гидрохимических постах в среднем за 1996 г. по комбинаторному индексу загрязнения и по индексу загрязненности воды. Используйте данные гидрохимических наблюдений на реке Алатырь (см. табл. 8)

Методические указания по выполнению практических заданий

1. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) показывает интегральное загрязнение воздушного бассейна различными вредными примесями, формула для расчета этого индекса имеет следующий вид:

, (1)

где, I – индекс загрязнения атмосферы, i – номер вредной примеси, qi – средняя суточная концентрация i-ой вредной примеси в воздухе, ПДКi – предельно допустимая концентрация i-ой примеси в воздухе, Ci – константа, принимающая значения 1,7; 1,3; 1,0; 0,9 для 1, 2, 3, 4 классов опасности вредных веществ соответственно. Константа позволяет привести степень вредности i-го вещества к степени вредности диоксида серы. Обычно, индекс загрязнения атмосферы (I) рассчитывается по пяти загрязнителям: пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и формальдегид.

2. Снежный покров, осаждая и фиксируя воздушные взвеси и аэрозоли, позволяет выделить контуры загрязнения на период опробования. При изучении выпадений из атмосферы в первую очередь фиксируется пылевая нагрузка на окружающую природную среду, т.е. абсолютные массы, выпадающие на единицу площади за фиксированное время.

Суммарная пылевая нагрузка в снежном покрове (Рn) определяется в каждой точке опробования:

, (2)

где: Ра – вес пыли, осажденной снегом (кг); S – проективная площадь осаждения, равная 1 кв. м; Т – временной интервал в сутках между моментом отбора пробы и датой установления устойчивого снежного покрова (Ревич, Сает, Смирнова, 1990). Для определения массы пыли, выпавшей за год необходимо полученное значение умножить на количество дней в году.

Суммарный показатель нагрузки показывает во сколько раз масса химических элементов, выпавших на данной территории больше, чем на фоновых участках. Данный показатель рассчитывается по формуле:

(3)

где Pi – масса i-того химического элемента, выпавшего со снеговой пылью на данной территории, мг/км2 сут; Pфi – масса i-того химического элемента, выпавшего со снеговой пылью на фоновых участках, мг/км2 сут.

Вес химического элемента, выпавшего на единицу площади обследуемой территории за единицу времени определяется по формуле:

Pi = Ci·Pn, (4)

где Сi – концентрация химического элемента в снеговой пыли, мг/кг; Pn – пылевая нагрузка, кг/км2 сут.

Масса химического элемента, выпавшего на фоновой территории, рассчитывалась по формуле: Рф = Сф·Рпф, (5)

где Сф – концентрация химического элемента на фоновом участке, мг/кг; Рпф – величина пылевой нагрузки на фоновой территории, кг/км2 сут.

По литературным данным фоновая пылевая нагрузка для Нечерноземной зоны Европейской части России составляет Рф = 10 кг/км2 сут.

Уровни загрязнения снежного покрова по суммарному показателю загрязнения, пылевой нагрузке и суммарной нагрузке приведены в табл. 9.

Таблица 9 – Уровень загрязнения снежного покрова

Уровень загрязнения:	Суммарный Показатель загрязнения, Z_c	Пылевая нагрузка P_n, кг/кг² сут	Суммарный показатель нагрузки, Z_p
Низкий	32 – 64	100 – 250	< 1000
Средний	64 – 128	250 – 450	1000 – 5000
Высокий	128 – 256	450 - 850	5000 – 10000
Очень высокий	> 256	> 850	> 10000

3. Прежде, чем определить коэффициент концентрации химического элемента определите его среднее содержание в снеге в каждой точке опробования. Коэффициент концентрации химического элемента вычисляется по формуле

Кс = Сср/Сф, (6)

где Сcр – среднее содержание микроэлемента в снеге (мг/кг); Сф – фоновое значение микроэлемента в снеге (мг/кг) (Василенко, Назаров, Призман, 1985).

4. Техногенные аномалии в снеговой пыли отражают загрязнение атмосферного воздуха. Для показа структуры загрязнения техногенной аномалии используется термин "геохимическая ассоциация". Ассоциация характеризует среднее содержание химических элементов в точке опробования. В состав формулы включите значения, получившиеся для Sr, Ва, Мn, Сr после выполнения второго задания. Цифры при индексах химических элементов в формуле геохимической ассоциации представляют их коэффициенты концентрации.

Для общей количественной характеристики уровня аномальности в каждой точке рассчитывается суммарный показатель загрязнения

, (7)

где Ксi - коэффициент концентрации i-го аномального химического элемента, n - число аномальных элементов, входящих в геохимическую ассоциацию (Ревич, Сает, Смирнова и др., 1982).

Для характеристики геохимических ассоциаций в точке опробования необходимо установить определенный "порог аномальности". За нижний порог аномальности приняты значения с коэффициентом концентрации, равным 1.5 (Сорокина. 1983). Выделяются следующие пороги аномальности: первый (Zс = 1.5–3.0), второй (Zс = 3.0–10.0), третий (Zс = 10.0–30.0), четвертый (Zс = 30.0–100.0), пятый (Zс = 100.0–500.0).

Оценка загрязнения почв и снежного покрова проводится согласно (Методических рекомендаций... 1987) и (Методических указаний..., 1987).

Таблица 10 – Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв и снежного покрова по суммарному показателю загрязнения

Уровень загрязнения	Категория загрязнения	Значение суммарного показателя загрязнения		Изменение показателя здоровья населения в очагах загрязнения
Уровень загрязнения	Категория загрязнения	почв	снежного покрова
Низкий	Допустимая	8 – 16	32 – 64	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости среднефункциональных отклонений
Средний	Умеренно опасная	16 – 32	64–128	Увеличение общей заболеваемости
Высокий	Опасная	32–128	128–256	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Очень высокий	Чрезвыч. опасная	> 128	> 256	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости и гипотрофии новорожденных

5. Объединение на одной карте данных по загрязнению почв и снежного покрова позволяет провести районирование территории по динамике загрязнения (Ревич. Сает. Смирнова. 1990). При этом выделяют территории устойчивого, реликтового и современного загрязнения, а также зоны с отсутствием загрязнения. Устойчивое загрязнение определяется по совпадению очагов загрязнения на почвенной карте и на карте снежного покрова. Зона реликтового загрязнения выделяется по сильному загрязнению почв и слабому загрязнению в снежном покрове. В этих районах почвенный горизонт В отличается от А более высокой концентрацией химических элементов. Зона современного загрязнения определяется по более высокому уровню загрязнения снежного покрова по сравнению с почвой.

Выполняя задание коэффициент концентрации химических элементов в почве (Кс ) вычислите только для горизонта А.

6. Химические ингредиенты, находящиеся в речных водах, являются столь же случайными и независимыми величинами в многолетнем разрезе, как и сток рек, поскольку их изменение во времени зависит от большого числа факторов случайного характера. Поэтому для анализа распределения во времени этих характеристик с не меньшим основанием, чем для стока воды, могут быть использованы вероятностно-статистические методы.

При построении эмпирических кривых обеспеченности целесообразно учитывать соотношение расходов воды и числа ингредиентов в рассматриваемую фазу стока. Так, обычно наименьшему расходу воды в реке соответствует ее наибольшая минерализация. Поэтому при построении эмпирических кривых обеспеченности лучше использовать значение минерализации (число анионов, катионов), обратное естественному. Например, 1/Mg+, или 10/Са+, или 100/и – чем больше значение ингредиента или их суммы, тем больше числитель, что удобно при построении кривых обеспеченности. Это сохраняет естественное соотношение характеристик количества и качества воды при их равной обеспеченности.

Обеспеченность эмпирических точек рассчитывается по формуле

, (8)

где m – порядковый номер членов ранжированного ряда рассчитываемой гидрохимической характеристики, расположенного в убывающем порядке; n – общее число членов ряда. При определении обеспеченных значений минерализации или жесткости (и других характеристик, возрастающих с уменьшением расхода воды) члены ряда ранжируются по величине, обратной естественной.

7. Оценка качества воды в определенной точке (створе водного объекта) выполняется путем сопоставления максимальной концентрации загрязняющего вещества с предельно допустимой концентрацией этого же вещества (ПДК), нормируемой «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1975).

Максимальная концентрация лимитируемого загрязняющего вещества в реке ниже выпуска сточных вод изменяется в пределах

, где Sп – средняя концентрация того же вещества в потоке, определяемая из уравнения баланса вещества:

, (9)

где Qр – расход воды в реке, м3/c; Qcт – расход сточных вод, м3/с; Sp – концентрация рассматриваемого вещества в воде реки, мг/л или г/м3; Sст – концентрация этого же вещества в сточных водах, мг/л или г/м3.

Наряду с разбавлением сточных вод в водотоках и водоемах к снижению концентрации загрязняющих веществ приводят биохимические и физико-химические процессы, протекающие в водных объектах.

Процесс биохимического превращения может быть описан уравнением:

, (10)

где: So и St — концентрации вещества соответственно в начальный момент и в момент t; kn – коэффициент неконсервативности.

Общая нагрузка потока консервативными веществами или суммой веществ выражается (в потоке) концентрацией Sn этих веществ, определяемой из условия баланса вещества (3.1). Показатель относительной нагрузки потока конкретным загрязняющим веществом находится путем сопоставления расчетного значения Sп с предельно допустимой концентрацией (ПДК) данного вещества. При этом возможны два случая: Sn  ПДК (вода грязная), Sn  ПДК (вода чистая). Подставив в эти неравенства значения Sn по формуле (3.1) и преобразуя их, получим

, (11)

обозначим левую часть неравенства через ’:

(12)

Отношение (3.20) получило название показателя относительной нагрузки потока загрязняющим веществом, Здесь, как и для Sn, если ’> 1 — вода грязная, если ’< 1 — вода чистая; ’=l – отвечает предельным условиям нагрузки водоема загрязняющим веществом.

8. Индекс загрязненности воды (ИЗВ) рассчитывается на основе наблюденных концентраций в j-ом контрольном створе в t-ый период времени – C[j,i,t] ,где i =1,N – индекс ингредиентов, N – количество ингредиентов, наблюдаемых в контрольном створе в t-ый период времени. Расчет ИЗВ в j-ом створе реки, Iz , проводится по формуле:

, (13)

где: N1 = 6 – количество выбранных для расчета ингредиентов, из которых обязательными являются растворенный О2 и БПК-5, а остальными – четыре первых ингредиента из ранжированного (по кратности превышения ПДК) убывающего ряда концентраций; T – количество значений i-го ингредиента за расчетный период; Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента.

Принадлежность качества воды водотока конкретному классу определяется сопоставлением значения соответствующему интервалу изменений значений ИЗВ. При этом различают следующие 7 классов:

Расчет значений удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ) в j -ом створе реки проводится по следующей формуле:

, (14)

где Cпдк[i] – предельно-допустимая концентрация i-го ингредиента; N[j,i] – количество превышений i-ой концентрацией Cпдк[i] за период наблюдений Т , т.е. количество раз выполнения неравенства:

(15)

Т – общее количество наблюдений в j-ом створе за i-ой концентрацией ингредиента.

Рассчитанное значение УКИЗ соответствует различным классам качества воды, приведенными в табл. 12.

Таблица 11 – Классификация качества воды по критерию ИЗВ

Iz	Класс качества воды	Характеристика уровня загрязненности
[0,0 ; 0,3)	1	ОЧЕНЬ ЧИСТАЯ
[0,3 ; 1,0)	2	ЧИСТАЯ
[1,0 ; 2,5)	3	УМЕРЕННО-ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[2,5 ; 4,0)	4	ЗАГРЯЗНЕННАЯ
[4,0 ; 6,0)	5	ГРЯЗНАЯ
[6,0 ; 10,0)	6	ОЧЕНЬ ГРЯЗНАЯ
>=10,0	7	ЧРЕЗВЫЧАЙНО-ГРЯЗНАЯ

Таблица 12 – Классификация качества воды по критерию УКИЗ

Класс качества воды	Описание класса	Величина УКИЗ
1	2	3
2	Очень чистая	( 0.1 )
3	Чистая	1
4	Умеренно- загрязненная	( 1.3 ]
5	Загрязненная	( 3.4 ]
6	Грязная	( 4.10 ]
7	Очень грязная	> 10

Blog

Рабочая программа по дисциплине Анализ и прогноз уровня загрязнения атмосферы, океана и вод суши Специальность 020804 геоэкология

Содержание