Geum.ru

Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   28


Середні значення концентрацій характерні для показників, розподіл значень рядів яких здійснюється за нормальним законом розподілу випадкових величин. До таких показників відносяться, як правило, консервативні хімічні елементи, або сполуки, такі як головні іони, тощо. Хоча, в умовах значного впливу господарських чинників навіть концервативні речовини можуть змінювати свій характер розподілу.


Медіанні ж значення доцільно використовувати для характеристики вмісту у воді речовин, що характеризуються логнормальним, або підпорядкованим характером статистичного розподілу значень рядів спостережень.


До таких речовин належать завжди забруднюючі речовини, органічні, біогенні речовини тощо.


Загальна мінералізація води річок Житомирської області за середніми значеннями коливається від 240 до 700 мг/дм3. Найменша величина мінералізації характерна для р. Уборті (с. Перга) та р. Уж (вище м. Коростень). Найбільша - для р. Гнилоп`ять (нижче міста). У сольовому складі води домінують іони Са2+, , Cl-, . За переважанням серед аніонів іону , а серед катіонів іону Ca2+ води річок характеризуються як гідрокарбонатно-кальцієві.


Внесок гідрокарбонатів у загальну мінералізацію досить високий і складає від 30 до 55%. На другому місці за цим показником стоїть кальцій - 10-15%, хоча, звичайно, бувають і винятки.


Таблиця 4.7


Межі коливань середніх значень показників гідрохімічного


режиму річок Житомирської області


Показники

Межі коливань


середніх значень,


мг/дм3

Показники

Межі коливань


середніх значень,


мг/дм3


2

3


Температура, °С

7,09-16,0

Перманганатна окилюваність

4,05-9,44


Завислі речовини, мг/дм3

4,57-14,1

Біхроматна окислюваність

26,7-70,7


рН

6,87-8,18

БСК5

0,93-17,7


Розчинений О2

7,10-24,7

Феноли

0,005-0,04


% насичення О2

77,7-116,6

Нафтопродукти

0,05-0,33


СО2

3,56-26,1

СПАР

0,04-0,13


НСО3

133,4-301,2

ДДЕ

0,000-0,06


Сульфати

26,8-97,1

ДДТ

0,000-0,05


Хлориди

17,4-90,9

Альфа-ГХЦГ

0,000-0,02


Кальцій

37,1-104,6

Гама-ГХЦГ

0,000-0,01


Магній

4,87-29,5

Бета-ГХЦГ

0,000-0,001


Натрій

14,9-75,8

Трефлан

0,000


Калій

4,25-9,72

Гексахлор

0,000-0,001


Сума іонів

241,8-697,5

Колірність, бали

20,8-41,3


Жорсткість

2,61-15,7

Прозорість, см

15,1-29,0


Азот амонійний

0,20-7,58

Марганець

0,09-0,32


Азот нітритний

0,01-9,22

Цинк

0,02-0,11


Азот нітратний

0,09-6,23

Хром

0,007-0,14


Сума азоту

0,54-8,09

Кремній

0,0004-0,006


Фосфати

0,04-1,28

Залізо

0,0002-0,005


Фосфор

0,08-0,77

Мідь

0,001-0,008


Значна частка мінералізації формується за рахунок іонів і Cl-. Їх вклад у мінералізацію коливається відповідно в межах 9-14% та 5-12%. Ці іони речовини надходять у річкові води не тільки природним шляхом, але й за рахунок господарської діяльності людини, тому можуть бути використані у гідрохімічних дослідженнях як показники-індикатори господарського впливу на хімічний склад річкових вод. Так, навіть вибіркові дані, свідчать про існування антропогенного впливу на формування та Cl- у воді. Чітко видно збільшення частки хлорид-іону з 9,2% (46,9 мг/дм3) в створі р. Гнилоп`ять - вище м. Бердичева до 14,2% (90,9 мг/дм3) в створі р. Гнилоп`ять - нижче м. Бердичева. Це ж стосується і сульфат-іонів, вміст яких збільшився в створі нижче міста з 48 до 80 мг/дм3, а вклад у мінералізацію зріс з 9,4 до 12,4%.


Така ж картина спостерігається і на р. Тетерів. Вміст в створі нижче міста зростає в середньому до 62 мг/дм3 (вище міста - 47 мг/дм3), а вміст Cl- - до 71 мг/дм3 (вище міста - 48 мг/дм3).


Окрім головних іонів для хімічного складу води досліджуваних річок характерна наявність біогенних речовин, в першу чергу сполук азоту, фосфору, заліза, кремнію та інших елементів, концентрація яких у воді незначна, але саме вони визначають рівень біопродуктивності водних об`єктів і, таким чином, обумовлюють якість їх води.


Ці речовини надходять у поверхневі води з міськими стічними водами, внаслідок вимивання мінеральних добрив. Вони неконсервативні, їх концентрація у воді швидко вирівнюється, досягає природного фону. Природними концентраціями цих речовин, які можна було б використати для порівняння, можна вважати їх концентрації в створах, що знаходяться вище джерел забруднень річкових вод. Також можна використовувати дані умовного природного фону, тобто концентрації, розраховані за ретроспективним рядом і характерні для історичного періоду з відсутністю, або низьким рівнем впливу господарської діяльності на гідрохімічний режим річок.


Фонові концентрації біогенних сполук, розраховані для окремих річок досліджуваної території представлені в таблиці 4.8.


Таблиця 4.8


Фонові концентрації біогенних речовин у воді окремих річок Житомирської області [175] (ретроспективні дані, 1961-1970 рр.), мг/дм3


Річка - пункт

NH4

NO3

NO2

Si


р. Тетерів - м. Житомир


0,68

0,05-0,1

0,04-0,1

0,10-0,31

3,9-5,7


р. Уж - смт Поліське


0,66-1,29

0,05-0,10

0,005-0,03

0,065-0,11

3,4-5,5


р. Уборть-с. Перга


0,81-1,16

0,19-0,28

0,006-0,01

0,009-0,021


Вміст азоту амонійного в останні роки, як свідчить табл. 4.9, змінюється в межах від 0,2 до 7,58 мг/дм3. Причому значна кількість середніх концентрацій перевищує 2 мг/дм3. Це свідчить про значне збільшення антропогенного надходження амонійного азоту у поверхневі води та про їх забруднення.


Концентрації іонів у воді річок характеризує також рис. 4.9. Діаграма Бокс-Віскера характеризує вміст амонійного азоту у воді 14 річок Житомирської області.


Рис. 4.9. Порівняння вмісту амонійного азоту у воді


річок Житомирської області за допомогою графіків Box/Whisker


Позначення на графіку: CAM - р. Камянка, р. Гнилоп`ять – нижче (GNL3) і вище Бердичева (GNL1), р. Ірша – м. Малин вище (IRSHB2) і нижче міста (IRSHA2), USHB2 - р. Уж - вище м. Коростеня , USHN2 - р.Уж - нижче м. Коростеня, UBN - р. Уборть – нижче с. Перга, р. Случ – вище (SLU2) і нижче (SLU1) м. Новоград-Волинський, TET1, TET2, TET3 – р. Тетерів - створи вище м. Житомира, TET6 - р. Тетерів - нижче м. Житомира; Кср – середнє арифметичне значення концентрації, Пст – стандартна помилка середньоарифметичного значення, Вст – стандартне відхилення ряду.


Характерно, що медіанні концентрації близькі між собою і в більшості випадків лежать в межах шкали концентрацій 0,2-0,5 мг/дм3 (гранично допустима концентрація (ГДК) для становить 0,5 мг/дм3). Виключення - р. Уж - м. Коростень, нижче міста (масив даних USHN2). У воді декількох річок (р. Тетерів - нижче м. Житомира, р. Уж - вище м. Коростеня, р. Гнилоп`ять - нижче і вище Бердичева), очевидно внаслідок аварійних скидів стічних вод, чи внаслідок змиву забруднюючих речовин поверхнево-схиловим стоком з території міст спостерігаються досить високі епізодичні концентрації - майже до 8 мг/дм3.


Найбільша кількість таких випадків спостерігається на р. Гнилоп`ять - нижче Бердичева, про що свідчить розміщення діапазону концентрацій 25-75% забезпеченості на графіку в межах 0,8-4,0 мг/дм3. Це означає, що 75% проб мають концентрації, з перевищенням ГДК, а кожна четверта проба має концентрацію високого рівня, що дозволяє класифікувати цю ділянку річки як забруднену - стійке забруднення амонійним азотом високого рівня.


Що стосується перехідної форми азоту в процесі нітрифікації - нітрит-іону, то його концентрації у воді більшості річок досить низькі, характерні для незабруднених вод. В той же час трапляються випадки підвищеного вмісту цих речовин у воді, що свідчить про регулярне забруднення річкових вод скидними, найчастіше комунальними недостатньо очищеними стічними водами.


Підвищені концентрації нітрат-іону не характерні для річкових вод Житомирського Полісся. Максимальна концентрація із середніх значень становить всього 6,23 мг/дм3, що набагато нижче встановленої гранично допустимої концентрації (50 мг/дм3).


Фосфати ( ) у річкових водах містяться, як правило, у дуже низьких концентраціях - соті мг/дм3. Проте скиди стічних вод комунального господарства та змив фосфорних добрив з поверхні сільськогосподарських угідь збільшують вміст цієї сполуки, часто до критичних значень.


У воді річок Житомирської області вміст фосфат-іону коливається за середніми даними від 0,04 до 1,28 мг/дм3. Найвища концентрація за медіанними значеннями - 0,68 мг/дм3. Вважається, що вже концентрація , що становить 0,5 мг/дм3 може бути критичною для водойм, чи річок з сповільненим стоком, зарегульованих. Це може стати поштовхом до антропогенного евтрофування природних об`єктів.


Важкі метали, що присутні у природних водах, відносяться до групи мікроелементів, враховуючи їх низькі концентрації у природних водах (мікрограмовий діапазон концентрацій).


В природних водах вони зустрічаються у вигляді зважених речовин, колоїдів (гідрооксиди металів), у формі комплексів, утворених з гуміновими та іншими органічними кислотами.


У воді річок Житомирської області важкі метали утворюють з гуміновими та іншими кислотами, якими збагачені води річок, органо-мінеральні комплекси. На жаль, детальних даних про вміст різних форм важких металів у досліджуваних річках не існує. Це окремий напрямок досліджень і вимагає значних матеріальних затрат.


Існуючі дані спостережень дозволяють охарактеризувати вміст розчинених форм міді (Cu), марганцю (Mn) та цинку (Zn) у воді річок. Середні їх концентрації змінюються у межах:


Cu - 0,001 - 0,008 мг/дм3;


Mn - 0,09 - 0,32 мг/дм3;


Zn - 0,02 - 0,11 мг/дм3.


Слід зазначити, що розчинні форми цих елементів за своїми концентраціями у воді не перевищують ГДК. Виключення - максимальні значення Mn перевищують ГДК (0,1 мг/дм3) в 3 рази.


Що стосується специфічних забруднювачів води фенолів, синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР), нафтопродуктів, пестицидів ДДТ, ДДЕ, то їх вміст у воді річок характеризують табличні матеріали (табл.4.8, Додаток Б). Вміст нафтопродуктів у воді деяких річок проілюстрований на рис.4.10.


Рис.4.10. Вміст нафтопродуктів у воді репрезентативних річок


(GNLN- р. Гнилоп’ять – нижче м. Бердичева; USHN- р. Уж – м. Коростень, нижче міста; SL-NWN- р. Случ – нижче м. Новоград-Волинського; SL-NWW- р. Случ – вище м. Новоград-Волинського IR-MN- р. Ірша – нижче м. Малина)


На цьому рисунку показано за допомогою графіків Бокс-Віскера співвідношення деяких статистичних параметрів концентрацій нафтопродуктів у воді деяких річок області, які можна назвати репрезентативними з точки зору наявності їх регулярного забруднення нафтопродуктами. Оскільки концентрації нафтопродуктів у воді формуються головним чином за рахунок господарської діяльності, а їх надходження у річкові води носить невпорядкований стихійний характер, то, відповідно до законів статистики, їх вміст воді допускається характеризувати лише медіанними значеннями їх концентрацій. Як видно з представленого рисунку, медіанні концентрації нафтопродуктів у різних річках практично однакові і знаходяться у області, близькій до мінімальних концентрацій. Діапазон найбільш вірогідних концентрацій (25-75%) відповідає коливанню концентрацій 0,1 – 0,2 мг/дм3. Для р. Уж та Ірша характерна порівняно висока стабільність концентрацій нафтопродуктів, що підтверджується відсутністю чітко вираженої зони 25-75%-концентрацій.


Проте ця стабільність досить умовна, оскільки якраз на цих річках зафіксовані найвищі разові концентрації нафтопродуктів середнього і високого рівня забруднення. Такі перевищення звичайно свідчать про аварійні скиди стічних вод у водні об’єкти.


4.3.3.Сезонна мінливість параметрів


гідрохімічної системи


Сезонна динаміка параметрів гідрохімічної системи обумовлена, перш за все, сезонною зміною природних факторів формування стоку та гідрологічного режиму річок. Гідрологічний режим річок має чітко виражений сезонний характер, який обумовлений зміною типу живлення річки. Під час зимової межені живлення річки відбувається за рахунок підземного стоку, що обумовлює підвищену мінералізацію води в цей час та більш високі концентрації деяких хімічних речовин. Під час весняної повені та дощових паводків об`єм водного стоку річки зростає, спричиняючи розбавлення розчинених у воді солей і приводячи до зниження мінералізації води. В той же час надходження великих об`ємів поверхнево-схилового стоку з сільськогосподарських угідь та території міст, доріг є причиною зростання концентрацій у річковій воді біогенних елементів, пестицидів, нафтопродуктів.


На сезонний гідрохімічний режим впливає також господарська діяльність людини. Так, наприклад, скиди стічних вод: їх скидання в меженні періоди може призвести до загострення екологічної ситуації (цілий перелік хімічних речовин може знаходитись у воді в концентраціях, що перевищують ГДК). Параметри гідрохімічної системи можуть при цьому вийти за межі коливань, які звичайно обумовлені лише сезонним фактором.


В повінь і паводки шкідлива дія стічних вод пом`якшується за рахунок розбавлення їх великими об`ємами маломінералізованих талих або дощових вод. Саме при такій сукупній дії природних і антропогенних факторів і формується сучасна гідрохімічна система.


Для виявлення сезонної динаміки концентрацій хімічних компонентів у воді річок Житомирського Полісся нами було виконано графічний аналіз матеріалів досліджень лабораторії аналітичного контролю та моніторингу поверхневих вод Управління екології та природних ресурсів у Житомирській області. Для побудови графіків використано комп`ютерну програму “Statistika”.


Зміни мінералізації в створі р. Тетерів біля міста Житомира на протязі періоду спостережень незначні. Вище міста мінералізація коливається в межах 300-600 мг/дм3, а нижче міста - 500-700 мг/дм3. В окремих випадках мінералізація води досягала більш високих значень. Так, вище міста в січні 1993 року мінералізація становила 900 мг/дм3, а нижче міста, в той же час, до 1000 мг/дм3. Високі значення мінералізації характерні для зимової межені, оскільки річки в цей час переходять на підземне живлення. В пробах води, відібраних навесні та під час дощових паводків мінералізація знижується до 300-500 мг/дм3


Мінералізація води річки Гнилоп`ять біля міста Бердичева змінюється для створу вище міста в межах 300-700 мг/дм3, а нижче міста 500-900 мг/дм3. Вже неспівпадання інтервалів її зміни свідчить про вплив господарської діяльності на хімічний склад води річки. Найвищі величини мінералізації в створах нижче міста спостерігаються, в основному, в меженні періоди і є результатом сукупної дії природних і антропогенних факторів (вплив стічних вод) (рис.4.11).


Мінералізація води р. Уж коливається в межах від 100 до 450 мг/дм3, а в створі нижче міста Коростеня від 100 до 550 мг/дм3. Найменші концентрації спостерігаються під час повені та паводків, а найбільші - в меженні періоди (рис.4.12).


Головні іони мають такий же характер зміни в часі як і мінералізація. Найбільші їх концентрації також помічені в меженні періоди, а найменші - в повінь та паводки. Так, наприклад, у воді річки Тетерів у створі вище міста Житомира спостерігаються такі їх найменші концентрації: Са2+ - 55 мг/дм3, Na+ - 18-20 мг/дм3, Mg2+ - 10 мг/дм3, К+ - 2 мг/ дм3. Найбільші концентрації такі: Са2+ - 90 мг/дм3 , Na+ - 68 мг/дм3 , Mg2+ - 34 мг/дм3 , К - 18 мг/дм3 (рис.4.13).


У створі нижче міста Житомира найменші концентрації Са2+ становлять 60-64 г/дм3 , Na+ - 28-30 мг/дм3 , Mg2+ - 18 мг/дм3 , К+ -1-2 мг/дм3, а найбільші концентрації такі: Са2+ - 100 мг/дм3 (03.04.96), Na+ - 90 мг/дм3 (08.10.96), Mg2+ - 35-38 мг/дм3 (28.11.95; 05.12.95), К+ - 20 мг/дм3 (10.04.97) (рис.4.14).


Рис.4.11. Зміна мінералізації води р. Гнилоп’ять нижче м. Бердичева


Рис.4.12. Зміна мінералізації води р. Уж нижче м. Коростеня на


протязі 1993-1997 рр.


Рис.4.13. Концентрації головних іонів у різні сезони гідрологічного року у воді р. Тетерів вище м. Житомира


Рис.4.14. Концентрації головних іонів у різні сезони гідрологічного року у воді р. Тетерів нижче м. Житомира


Сполуки азоту. Матеріалами досліджень представлені слідуючі сполуки азоту: амонійний азот ( ), нітритний азот ( ), нітратний азот ( ) та підрахована їх сума. Найвищими концентраціями характеризується амонійний азот. Він є показником “свіжого” забруднення води. На побудованих рисунках графіки зміни концентрації амонійного азоту майже співпадають з сумою сполук азоту, тому, характеризуючи , ми одночасно даємо характеристику сезонної зміни суми неорганічних сполук азоту.


Вище міста м. Житомир концентрації амонійного азоту у воді р. Тетерів коливаються на протязі року від 0,1 до 2,2 мг/дм3 (рис. 4.15).


В той же час в створі нижче міста коливання концентрацій мають значно більший розмах - від 0,1 мг/дм3 до 25 мг/дм3 (рис.4.16). Враховуючи те, що ГДК для становить 0,39 мг/ дм3 , то можна сказати, що у більшості проаналізованих проб реальні концентрації цієї сполуки перевищували ГДК. Найбільші значення іонів амонію (23 мг/дм3 ) спостерігаються у створі нижче міста в травні і листопаді, хоча високі концентрації спостерігаються також в липні (18 мг/ дм3 ) та в грудні (10 мг/ дм3). Це показано на рис.4.16. Найбільші концентрації у створі вище міста спостерігались під час осінньої межені - 2,2 мг/ дм3 (17.11.97р.) та - 1,8 мг/ дм3 (26.10.95р.).


Рис.4.15. Зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді


р. Тетерів - м. Житомир (вище міста)


Рис.4.16. Сезонна динаміка концентрацій неорганічних сполук азоту у воді


р. Тетерів нижче міста Житомира


Концентрації нітритів і нітратів в обох створах незначні і жодного разу не перевищували ГДК. Характер їх сезонної динаміки схожий на характер зміни концентрації іонів .


Концентрації у воді р. Гнилоп`ять вище міста Бердичева коливаються в межах від 0,3 до 7,0 мг/дм3 (рис.4.17), а нижче міста досягають максимуму - 22 мг/дм3 (рис.4.18).


Рис.4.17. Сезонна зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді р. Гнилоп’ять вище міста Бердичева


Рис.4.18. Сезонна зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді р. Гнилоп’ять нижче міста Бердичева


Останнє пояснюється скидом комунально-побутових стічних вод. Найвищі. концентрації спостерігаються під час літньо-осінньої, або зимової межені. У березні і квітні концентрації найнижчі. В більшості проб концентрації цих речовин перевищують ГДК.


Коливання концентрацій у воді річки Уж в створі вище міста Коростеня характеризуються перепадом від 0 до 2,8 мг/дм3. Найвищі концентрації спостерігались у вересні 1993 року, в березні та червні 1994 року. В створі нижче міста Коростеня концентрації амонійного азоту значно вищі і змінюються на протязі року в межах від 0 до 6-22 мг/дм3. Найвища концентрація була відмічена у вересні 1997 року, що можна пояснити скидом великого об`єму господарсько-побутових вод в річку під час меженного періоду.


Мікроорганічні забруднювачі (СПАР, феноли, нафтопродукти та пестициди (a - ГХЦГ, g - ГХЦГ, b- ГХЦГ, ДДЕ, ДДТ)).


Концентрація нафтопродуктів та СПАР у воді р. Тетерів вище м. Житомира майже не змінювалась на протязі періоду спостережень і залишалась близькою до нуля. Лише в окремих випадках концентрації нафтопродуктів зростали до критичних значень - 2-3 мг/ дм3 (ГДК - 0,05 мг/дм3). Як правило, це пов`язано з випаданням значної кількості атмосферних опадів у травні і липні 1993 року та утворенні значного об`єму поверхнево-схилового стоку забрудненого нафтопродуктами (рис.4.19).


Рис. 4.19. Вміст нафтопродуктів у воді р. Тетерів вище м. Житомира


Така сама ситуація характерна і для створу нижче міста за однією лише відмінністю в тому, що найбільші концентрації нафтопродуктів тут не перевищують 1,2 мг/ дм3, що майже в 5 разів менше, ніж вище міста (рис.4.20). Це пояснюється тим, що зливові стоки з міської території направляються на комунальні очисні споруди.


Рис.4.20. Вміст нафтопродуктів у воді р. Тетерів нижче м. Житомира


У створі р. Гнилоп’ять вище міста Бердичева концентрації нафтопродуктів, в переважній кількості випадків, були незначними, близькими до нуля. Лише в лютому 1993 та 1995 років їх концентрації підвищувались до 0,9-0,6 мг/ дм3 (рис.4.21).


Рис.4.21. Вміст нафтопродуктів у воді р. Гнилоп’ять вище м. Бердичева


В створі нижче міста ситуація (рис.4.22) залишалась стабільною, за виключенням одного випадку зростання концентрації нафтопродуктів до 1,9 мг/дм3 (20.02.95р.).